WO2006005488A1 - Zylinderkopfdichtung - Google Patents

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WO2006005488A1
WO2006005488A1 PCT/EP2005/007270 EP2005007270W WO2006005488A1 WO 2006005488 A1 WO2006005488 A1 WO 2006005488A1 EP 2005007270 W EP2005007270 W EP 2005007270W WO 2006005488 A1 WO2006005488 A1 WO 2006005488A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
elevations
cylinder head
recesses
head gasket
sealing layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/007270
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Armin Diez
Frank Schaible
Original Assignee
Elringklinger Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Elringklinger Ag filed Critical Elringklinger Ag
Priority to US11/630,408 priority Critical patent/US20080174075A1/en
Priority to EP05757759A priority patent/EP1774207A1/de
Priority to JP2007520713A priority patent/JP2008506083A/ja
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0818—Flat gaskets
    • F16J15/0825—Flat gaskets laminated

Definitions

  • the invention relates to a cylinder head gasket with a sealing unit having at least one through-opening, in particular combustion chamber opening, which has at least two mutually cooperating sealing layers, one of which has at least one resilient bead surrounding the through-opening and the other with a flexibility limiting this Means is provided which on opposite sides alternately depressions and elevations such Jerusalem ⁇ has that at least partially a depression of a surveyuring ⁇ .
  • the E-PA-1 298 365 discloses a metallic cylinder head gasket with a sealing plate having at least one combustion chamber opening as a sealing unit, which has at least two metal sheet layers, of which a first with at least one elastically height-deformable bead surrounding the combustion chamber opening and a second is provided with at least one deformation limiting device surrounding the bead deformation and surrounding the combustion chamber opening.
  • the original second sheet metal layer is formed by a steel sheet which is plastically deformable by cold extrusion and the boundary device forms a plan view of the second sheet metal layer two-dimensional pattern of discrete, impressed depressions, wherein the total volume of the depressions created by extrusion is at least approximately equal to the total volume of the elevations formed by the displaced material of the second sheet metal layer when creating the wells.
  • this known sealing solution has very good sealing properties; the creation of the two-dimensional pattern of individual embossed recesses but manufacturing technology is very expensive and therefore costly.
  • WO 01/96768 discloses a cylinder head gasket designed as a flat gasket with at least one metallic layer in which at least one passage opening (combustion chamber opening) is formed.
  • This or at least one of the metallic layers is formed at least in regions in the form of a wave or sawtooth-shaped profiling around the respective combustion chamber opening, wherein at least the layer in which the profiling is formed has a spring steel due to the very high elasticity limits required has, wherein the profiling has a deformation-limiting device for an additionally formed bead, which is not folded over.
  • a generic cylinder head gasket is known from JP 11-108191, which generally dispenses with a wave-shaped or saw-tooth-shaped profiling for realizing a delimiting device (stopper) for one of the sealing layers, but rather uses a stopper block of block-like design, which on opposite sides and offset from each other in an alternating order surveys and Vertie ⁇ tests with rectangular cross-section. Due to the resulting enlarged web cross-sections, the limiting device (stopper) is designed to be very stiff in its behavior, which relieves the respective bead seal accordingly; solely due to the sharp-edged transitions between elevation and subsequent deepening a Abbre ⁇ chen of sealing parts can not be excluded.
  • the known solution proposes, in order to counteract this disadvantage, to fill fluorinated rubber material as plastic with a soft material behavior into the recesses.
  • the measure in question is again auf ⁇ maneuverable and expensive to implement and it can not be ruled out that in case of operation unintentionally comes to a detachment of the filled soft material.
  • the invention is based on the object, while maintaining the advantages of the known cylinder head gaskets, of further improving them in such a way that, in order to avoid wave- and sawtooth-shaped profilings for the cylinder head gaskets Sealing with the limiting device (stopper) a sealing solution is created in which harmful pressure peaks are avoided and yet a very rigid design is realized, which is also gün ⁇ stig in the production and reliable in the application.
  • a daz- this task solves a cylinder head gasket with the features of claim 1 in its entirety.
  • At least a portion of the recesses and the elevations in cross section is substantially trapezoidal with between adjacent ange ⁇ arranged recesses and elevations one side of the other sealing layer obliquely extending boundary walls and that adjacent to each other boundary walls
  • On two sides define a Stegquer ⁇ cut the other sealing position, which is equal to or greater than the ein ⁇ limited between the opposite recesses of these two sides web cross section, is due to the oblique Begren ⁇ tion walls a favorable force in the free web cross sections of this sealing position achieved and in
  • the web cross-sections are increased in size relative to the closest generic solution in such a way that not only accidental breakage of sealing parts in the stopper region is avoided, but also
  • the boundary device j with its elevations and depressions also has a very stiff behavior, which ensures that the bead, which at least mainly takes over the sealing function, is protected against excessive deformations during engine operation.
  • the solution according to the invention for realizing a limiting device does not use wave- or saw-toothed profilings, the use of spring steels, which are difficult to process, and due to their elastic behavior only to a limited extent contribute to the stiffening of the limiting device can be omitted.
  • the solution according to the invention is based on the approach starting from a block-like Begrenzs Skelets Skelets, the manner of extrusion molding process, such as cold extrusion presses in alternating Erasmusnfol ⁇ ge in a block structure depressions and elevations impress to umgestalt essential changes To obtain strength properties of Materi ⁇ than, with increasing hardness, breaking strength and the yield strengths regularly.
  • Fig.! a plan view of a portion of Zylin ⁇ derkopfdichtung invention with only one combustion chamber opening;
  • FIG. 1 shows a cylinder head gasket with a sealing unit designated as a whole with 10, which is composed of three metal layers (cf., FIG. 2) and from which, as passage openings, at least substantially a circular combustion chamber opening 12 and screw passage openings 14 were released for the penetration of corresponding fastening screws (not shown).
  • FIG. 1 shows a cylinder head gasket with a sealing unit designated as a whole with 10, which is composed of three metal layers (cf., FIG. 2) and from which, as passage openings, at least substantially a circular combustion chamber opening 12 and screw passage openings 14 were released for the penetration of corresponding fastening screws (not shown).
  • FIG. 1 shows a cylinder head gasket with a sealing unit designated as a whole with 10, which is composed of three metal layers (cf., FIG. 2) and from which, as passage openings, at least substantially a circular combustion chamber opening 12 and screw passage openings 14 were released for the penetration of corresponding fastening screws (not shown).
  • FIG. 1 shows a cylinder head gasket
  • the sealing unit 10 is composed essentially of an upper first sealing layer 18, a correspondingly designed lower sealing layer 20 as a third sealing layer and a second middle sealing layer 22, which on its side facing the combustion chamber opening 12 with a limitation device (stopper) 24 is provided.
  • the upper sealing layer 18 and the lower sealing layer 20 are each provided on their side facing the limiting device 24 with a bead 26, 28, designed as a so-called full bead.
  • the sealing of the combustion chamber opening 12 together with the associated combustion chamber against the escape of combustion gases takes place via the annular rings 26, 28 in the two metal layers 18, 20.
  • the corrugations are concentric with the combustion chamber opening 12 and have to be installed in the cylinder head gasket Be ⁇ operation of the internal combustion engine in the sense of a flattening perpendicular to the central sealing layer 22 be elastically deformable, so that Errei ⁇ chen the pertinence, preferably the two sealing layers 18,20 made of sheet material, in particular spring steel sheet, are formed.
  • the respective beads 26, 28 follow a trajectory that is not closed in itself, but rather, for example, only in segments over predetermined lengths. bare distances make the seal.
  • other path curves are also possible, for example in the manner of a meander structure, in the form of an oval and the like.
  • the respective bead 26, 28 does not need to be arranged concentrically to the longitudinal axis 16 of the combustion chamber opening 12, but may also run off-center.
  • the limiting device (stopper) 24 is provided on the middle sealing layer 22.
  • the da ⁇ border limiting device 24 is located with respect to the axis 16 of the Brennra ⁇ mö réelle 12 radially within the beads 26,28; but they could also be located radially outside of these beads or it would be possible to provide such a stopper 24 both radially inside and outside of these beads.
  • the two beads 26,28 must not exactly lie in contact with the average sealing layer 22 in a plane opposite; Tel ⁇ more would be here also a corresponding lateral offset conceivable. In order to achieve the interaction of bead 26 or 28 with stopper 24, however, it is necessary that the pertinent components of the cylinder head gasket are arranged adjacent to each other.
  • the limiting device 24 in the manner of a circular ring concentric with the longitudinal axis 16, comprises the combustion chamber opening 12, the width of the limiting device 24 being constant. In one embodiment, not shown, it would also be possible to vary the width of the stopper 24 around the combustion chamber opening 12 in order to obtain a broad profiled stopper in this way. In an embodiment not shown in detail, ne of a Popefi I ier tion of the stopper on at least one side of this be provided with a convex curvature, which preferably forms a spherically shaped contact surface, which may possibly contribute in such a way to increase the Auf ⁇ the sealing effect.
  • the outer layers are preferably made of a cold-formable, hardening when tempering steel and the average sealing layer 22 vorzugs ⁇ of a cold-workable steel.
  • the depressions 30 and the elevations 32 in the region of the delimiting device 24 are not retained by deep-drawing, but by extrusion, in particular cold extrusion.
  • the forming tool (not shown) has Form ⁇ walls corresponding to the outer contour of the limiting device 24 with its recesses 30 and elevations 32, and the recesses 30 forming forming jaws of the forming tool displace the metal of the middle sealing layer 22 in the direction of the elevations 32 below Formation of the same.
  • the cross-sectional shapes of depressions 30 and elevations 32 are also trapezoidal, in the manner of an isosceles trapezium, at least with respect to the shaping in the middle region of the delimiter is still within the scope of the invention, the Trapezqueritessfor ⁇ men with at least partially convex and / or concave Be ⁇ grenzungs109n 36 form, for example, comparable to the toothed wheel flanks in conventional gears (not shown).
  • the depressions 30 are preferably all introduced at the same depth and, in this way, bound groove-shaped pathways.
  • the bottom of the respective groove of a recess 30 in the width is formed equal to at least one recess 30 in the immediacy adjacent area.
  • the material cross-sections in the area of SQ2 are substantially or completely plastically reshaped between two recesses 30, which are adjacent to one another on different sides 34, 38, by means of the cold-extruded method used according to the invention. Since the oblique boundary walls 36 of two adjacent depressions 30 on opposite sides 34, 38 of the stopper 24 are inclined radially toward one another in both directions, this results in an additional supporting effect for the limiting device 24.
  • the depressions 30 and the elevations 32 are likewise along of concentric Krei ⁇ sen extending to the center of the combustion chamber opening 12 is arranged.
  • the elevations 32 on one side 34 or 38 of the other middle sealing layer 22 run along a common plane which protrudes in relation to an assignable plane along which the other parts 40 of this sealing layer 22 run.
  • the middle sealing layer 22 is integrally connected with its other parts 40 with the limiting device 24.
  • it is also possible to height-profile the limiting device ie in this case not all elevations are then of the same height.
  • the pressure around the combustion chamber opening can be set in a defined manner and, in particular, evened out, so that, for example, a distortion of the cylinder associated with the combustion chamber opening can be prevented.
  • the limiting device 24 On its side 42 facing the combustion chamber opening 12, as well as on its side 44 facing the other parts 40 of the middle sealing layer 22, the limiting device 24 forms a step-like transition 46 to an at least partially trapezoidal depression 48 and on account of FIG
  • the concomitant reduction in the height of the central sealing layer 22 can be achieved in this respect with a basic stiffening of the block-like constructed stopper 24 an exact adaptation to the Gege ⁇ ben chlor.
  • Guidance also be provided to expire at least a portion of the recesses 30 of the central sealing layer 22, preferably with ei ⁇ nem fluorinated rubber material.
  • the sheet metal layer provided with the stopper must then be so thin at least in the region of the bead to be protected that the increase in pressure caused by the bead can also have an effect on the side of the gasket opposite the bead in an annular region ,

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung mit einer mindestens eine Durchgangsöffnung, insbesondere Brennraumöffnung (12) aufweisenden Dichtungseinheit (10), die mindestens zwei miteinander zusammenwirkende Dichtlagen (18,20,22) aufweist, von denen die eine (18,20) mit mindestens einer nachgiebigen, die Durchgangsöffnung umfassenden Sicke (26;28) und die andere (22) mit einer diese Nachgiebigkeit begrenzenden Einrichtung (24) versehen ist, die auf gegenüberliegenden Seiten (34,38) abwechselnd Vertiefungen (30) und Erhebungen (32) derart aufweist, dass zumindest teilweise eine Vertiefung (30) einer Erhebung (32) gegenüberliegt, wobei zumindest ein Teil der Vertiefungen (30) und der Erhebungen (32) im Querschnitt im wesentlichen trapezförmig ist mit zwischen den einander benachbart angeordneten Vertiefungen (30) und Erhebungen (32) einer Seite (34 oder 38) der anderen Dichtlage (22) schräg verlaufenden Begrenzungswänden (36) und wobei die einander benachbart gegenüberliegenden Begrenzungswände (36) zweier Seiten (34,38) einen Stegquerschnitt (SQ1) der anderen Dichtlage (22) begrenzen, der gleich oder größer ist als der zwischen den gegenüberliegenden Vertiefungen (30) dieser beiden Seiten (34,38) eingegrenzte Stegquerschnitt (SQ2).

Description

Elring Klinger AG, Max-Eyth-Str. 2, 72581 Dettingen/Erms
Zylinderkopfdichtung
Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung mit einer mindestens eine Durchgangsöffnung, insbesondere Brennraumöffnung, aufweisenden Dich¬ tungseinheit, die mindestens zwei miteinander zusammenwirkende Dicht¬ lagen aufweist, von denen die eine mit mindestens einer nachgiebigen, die Durchgangsöffnung umfassenden Sicke und die andere mit einer diese Nachgiebigkeit begrenzenden Einrichtung versehen ist, die auf gegenüber¬ liegenden Seiten abwechselnd Vertiefungen und Erhebungen derart auf¬ weist, dass zumindest teilweise eine Vertiefung einer Erhebung gegenüber¬ liegt.
Durch die E P-A- 1 298 365 ist eine metallische Zylinderkopfdichtung be¬ kannt mit einer mindestens eine Brennraumöffnung aufweisenden Dich¬ tungsplatte als Dichtungseinheit, welche mindestens zwei Metallblechlagen aufweist, von denen eine erste mit mindestens einer elastisch höhenver- formbaren, die Brennraumöffnung umschließenden Sicke und eine zweite mit mindestens einer die Sickenverformung begrenzenden, die Brenn¬ raumöffnung umgebenden Verformungsbegrenzungseinrichtung versehen ist. Zur Erzielung einer möglichst starren Verformungsbegrenzung wird bei der bekannten Lösung die originäre zweite Blechlage von einem durch KaIt- fließpressen plastisch verformbaren Stahlblech gebildet und die Begren¬ zungseinrichtung bildet in einer Draufsicht auf die zweite Blechlage ein zweidimensionales Muster von diskreten, eingeprägten Vertiefungen, wobei das Gesamtvolumen der durch Fließpressen erstellten Vertiefungen minde¬ stens ungefähr gleich dem Gesamtvolumen der durch das beim Erstellen der Vertiefungen verdrängte Material der zweite Blechlage gebildeten Erhebun- gen ist. Zwar weist diese bekannte Dichtungslösung sehr gute Dichteigen¬ schaften auf; das Erstellen des zweidimensionalen Musters an einzelnen eingeprägten Vertiefungen ist aber herstellungstechnisch sehr aufwendig und mithin kostenintensiv.
Durch die WO 01/96768 ist eine als Flachdichtung ausgebildete Zylinder¬ kopfdichtung bekannt mit mindestens einer metallischen Lage, in der min¬ destens eine Durchgangsöffnung (Brennraumöffnung) ausgebildet ist. Diese oder zumindest eine der metallischen Lagen ist zumindest bereichsweise in Form einer wellen- oder sägezahnförmigen Profilierung um die jeweilige Brennraumöffnung ausgebildet, wobei zumindest die Lage, in der die Profi¬ lierung ausgebildet ist, aufgrund der benötigten sehr hohen Elastizitätsgren¬ zen aus einem Federstahl zu bestehen hat, wobei die Profilierung eine Ver- formungsbegrenzungseinrichtung für eine zusätzlich ausgebildete Sicke aufweist, die nicht umgefalzt ist.
Bisher übliche starre Begrenzungseinrichtungen (Stopper), wie beispielswei¬ se auf die Dichtlage aufgeschweißte Ringe oder Falzbleche, zeigen einen sehr geringen elastischen Anteil, der bedingt durch den hohen E-Modul der hierfür eingesetzten Stähle bei den im Motorbereich vorhandenen Pressun- gen auf Bruchteile von Mikrometern beschränkt ist. Praxisversuche haben gezeigt, dass dieses steife Verhalten eine ungleichmäßige Pressungsvertei¬ lung im'Bereich des Brennraumes zur Folge haben kann. Bei der bekannten Lösung mit wellen- oder sägezahnförmiger Profilierung, auch in Tra¬ pezform, wird aufgrund der dünn ausgeprägten Stegquerschnitte bei alter- nierender Aufeinanderfolge von Erhebungen und Vertiefungen in der Dicht¬ lage (Protilierung) ein ausgeprägt elastisches Verhalten bei gleichzeitig re¬ duzierter Flächenpressung erreicht. Des weiteren wird durch das elastische Ansprechen der einzelnen Wellen eine Vereinheitlichung der Pressung über die Stopperbreite erzielt.
Durch die JP 11-108191 ist eine gattungsgemäße Zylinderkopfdichtung be¬ kannt, die zur Realisierung einer Begrenzungseinrichtung (Stopper) für eine der Dichtlagen generell auf eine wellenförmige oder sägezahnförmige Profi- lierung verzichtet, sondern vielmehr einen im Querschnitt blockartig aus¬ gebildeten Stopperblock einsetzt, der auf gegenüberliegenden Seiten und zueinander versetzt in alternierender Reihenfolge Erhebungen und Vertie¬ fungen mit rechteckförmigem Querschnitt aufweist. Aufgrund der sich hier¬ durch ergebenden vergrößerten Stegquerschnitte ist die Begrenzungsei n- richtung (Stopper) sehr steif im Verhalten ausgebildet, was die jeweilige Sickendichtung entsprechend entlastet; allein aufgrund der scharfkantigen Übergänge zwischen Erhebung und nachfolgender Vertiefung ist ein Abbre¬ chen von Dichtungsteilen nicht auszuschließen. Demgemäß schlägt die bekannte Lösung vor, um diesem Nachteil zu begegnen, in die Vertiefun- gen fluoriertes Kautschukmaterial als Kunststoff mit weichem Materialver¬ halten einzufüllen. Die dahingehende Maßnahme ist aber wiederum auf¬ wendig und teuer in der Realisierung und es kann nicht ausgeschlossen werden, dass es im Betriebsfall ungewollt zu einem Herauslösen des einge¬ füllten weichen Materials kommt.
Ausgehend von diesem letztgenannten Stand der Technik liegt der Erfin¬ dung die Aufgabe zugrunde, unter Beibehalten der Vorteile der bekannten Zylinderkopfdichtungen diese dahingehend weiter zu verbessern, dass un¬ ter Vermeidung von wellen- und sägezahnförmigen Profilierungen für die Dichtlage mit der Begrenzungseinrichtung (Stopper) eine Dichtungslösung geschaffen wird, bei der schädliche Pressungsspitzen vermieden sind und dennoch eine sehr steife Ausgestaltung realisiert ist, die darüber hinaus gün¬ stig in der Herstellung und funktionssicher in der Anwendung ist. Eine da- hingehende Aufgabe löst eine Zylinderkopfdichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 zumindest ein Teil der Vertiefungen und der Erhebungen im Querschnitt im wesentlichen trapezförmig ist mit zwischen den einander benachbart ange¬ ordneten Vertiefungen und Erhebungen einer Seite der anderen Dichtlage schräg verlaufenden Begrenzungswänden und dass die einander benachbart gegenüberliegenden Begrenzungswände zweier Seiten einen Stegquer¬ schnitt der anderen Dichtlage begrenzen, der gleich oder größer ist als der zwischen den gegenüberliegenden Vertiefungen dieser beiden Seiten ein¬ gegrenzte Stegquerschnitt, ist aufgrund der schräg verlaufenden Begren¬ zungswände eine günstige Krafteinleitung in die freien Stegquerschnitte dieser Dichtlage erreicht und im übrigen die Stegquerschnitte von ihren Abmessungen her gegenüber der nächstkommenden gattungsgemäßen Lö- sung derart vergrößert, dass nicht nur ein ungewolltes Abbrechen von Dich¬ tungsteilen im Stopperbereich vermieden ist, sondern die Begrenzungsei n- richtungjmit ihren Erhebungen und Vertiefungen auch ein sehr steifes Ver¬ halten aufweist, was sicherstellt, dass die die Abdichtfunktion zumindest hauptsächlich übernehmende Sicke im Motorbetrieb vor übermäßigen Ver- formungen geschützt ist.
Es ist für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Zylinderkopf¬ dichtungen überraschend, dass er unter Vermeidung von wellen- oder säge- zahnförmigen Profilierungen - auch in Trapezform - und bei Ausbildung der Begrenzungseinrichtung (Stopper) als steif konzipiertes Blockteil eine ausgewogene Pressungsverteilung unter Vermeidung von schädlichen Pres¬ sungsspitzen an der Brennraumöffnung erhält, um dergestalt ein ausgepräg¬ tes elastisch-plastisches Verhalten bei gleichzeitig reduzierter Flächenpres- sung zu erhalten zur Sicherung der Dichtfunktion der gesamten Zylinder¬ kopfdichtung.
Da die erfindungsgemäße Lösung zur Realisierung einer Begrenzungsein¬ richtung (Stopper) keine wellen- oder sägezahnförmigen Profilierungen ein- setzt, kann auch auf die Verwendung von Federstählen, die schwierig zu verarbeiten sind und aufgrund ihres elastischen Verhaltens nur in geringem Umfang zur Aussteifung der Begrenzungseinrichtung mit beitragen können, verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Lösung geht vielmehr von dem Ansatz aus, ausgehend von einer blockartigen Begrenzungseinrichtungs- struktur durch einen plastischen Umformvorgang, insbesondere in der Art eines Fließpreßvorganges, wie Kaltfließpressen, in alternierender Reihenfol¬ ge in eine Blockstruktur Vertiefungen und Erhebungen einzuprägen, um dergestalt wesentliche Änderungen der Festigkeitseigenschaften des Materi¬ als zu erhalten, wobei regelmäßig Härte, Bruchfestigkeit und die Streck- grenzen ansteigen. Hierbei erhält man Festigkeitseigenschaften, die denen von legierten Stählen gleich kommen. Gerade bei sehr starker Beanspru¬ chung hat sich gezeigt, dass die Dauerfestigkeit und auch damit die Dauer¬ haftigkeit kaltfließgepreßter Werkstücke wesentlich höher ist als bei ver¬ gleichbaren Werkstücken aus Federstahl. Aufgrund der dergestalt verbesser- ten Festigkeitseigenschaften ist für die Begrenzungseinrichtung trotz der eingebrachten Ausnehmungen eine sehr steife Gesamtstruktur erreicht, die die eigentliche Dichteinrichtung mit den eingebrachten Sicken in den Decklagen des beanspruchten Dichtungsverbundes entsprechend wirksam entlasten kann. Insbesondere bei dünnwandig ausgebildeten Begrenzungseinrichtungen wird im Bereich des mittigen Überganges von zwei einander benachbart gegenüberliegenden Vertiefungen verschiedener Seiten der Begrenzungs- einrichtung eine weitgehende Plastifizierung des Materials erreicht mit den genannten Vorteilen der Festigkeits- und Steifigkeitserhöhung, wohingegen die randseitigen Bereiche mit einem geringeren Umformgrad versehen noch elastische Eigenschaften aufweisen können vergleichbar den eingesetzten Federstählen bei Begrenzungseinrichtungen in Wellen- oder Sägezahnform. Es ist mit der erfindungsgemäßen Lösung somit möglich, im Rahmen eines Kaltfließpreßumformvorganges die Vorteile plastischer Umformung im Grund der Befestigungseinrichtung mit denen elastischer Materialeigen¬ schaften in Richtung der jeweiligen Oberseite der Begrenzungseinrichtung (Stopper) miteinander sinnfällig zu kombinieren und dergestalt einzustellen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zylinder¬ kopfdichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zei¬ gen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
Fig.! eine Draufsicht auf einen Teil der erfindungsgemäßen Zylin¬ derkopfdichtung mit nur einer Brennraumöffnung;
Fig.2 einen Schnitt nach der Linie I - I in Fig.1. Die Fig.1 zeigt eine Zylinderkopfdichtung mit einer als Ganzes mit 10 be¬ zeichneten Dichtungseinheit, welche aus drei Metallagen zusammengesetzt ist (vgl. Fig.2) und aus der als Durchgangsöffnungen zumindest im wesentli¬ chen eine kreisrunde Brennraumöffnung 12 sowie Schraubendurchtrittsöff- nungen 14 für den Durchgriff von entsprechenden Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) freigelassen wurden. Von den möglichen Brennraumöff¬ nungen eines Verbrennungsmotors zeigt mithin die Fig.1 der Einfachheit halber nur eine einzige, deren Längsachse mit 16 bezeichnet ist.
Die Dichtungseinheit 10 setzt sich im wesentlichen zusammen aus einer oberen ersten Dichtlage 18, einer entsprechend konzipierten unteren Dicht¬ lage 20 als dritte Dichtlage sowie einer zweiten mittleren Dichtlage 22, die auf ihrer der Brennraumöffnung 12 zugewandten Seite mit einer Begren¬ zungseinrichtung (Stopper) 24 versehen ist. Die obere Dichtlage 18 sowie die untere Dichtlage 20 sind auf ihrer der Begrenzungseinrichtung 24 ab¬ gewandten Seite jeweils mit einer Sicke 26,28, ausgebildet als sog. Vollsik- ke, versehen. Die Abdichtung der Brennraumöffnung 12 nebst zugehörigem Brennraum gegen den Austritt von Brenngasen erfolgt über die dahinge¬ hend kreisringförmig ausgebildeten Sicken 26,28 in den beiden Metallagen 18 bzw. 20. Die genannten Sicken verlaufen konzentrisch zur Brenn¬ raumöffnung 12 und müssen bei eingebauter Zylinderkopfdichtung im Be¬ trieb des Verbrennungsmotors im Sinne einer Abflachung senkrecht zur mittleren Dichtlage 22 federelastisch verformbar sein, so dass zum Errei¬ chen der dahingehenden Nachgiebigkeit, vorzugsweise die beiden Dichtla- gen 18,20 aus Blech Werkstoff, insbesondere Federstahlblech, gebildet sind.
Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass die jeweiligen Sicken 26,28 einem in sich nicht geschlossenen Bahnverlauf folgen, sondern beispielsweise nur segmentweise über vorgeb- bare Wegstrecken die Abdichtung vornehmen. Neben der genannten Kreis¬ ringform sind auch andere Bahnverlaufskurven möglich, beispielsweise in der Art einer Mäanderstruktur, in Form eines Ovals und dergleichen mehr. Ferner braucht die jeweilige Sicke 26,28 nicht konzentrisch zu der Längs- achse 16 der Brennraumöffnung 12 angeordnet zu sein, sondern kann auch außermittig verlaufen.
Damit die beiden Sicken 26 und 28 im Betrieb nicht übermäßig verformt, beispielsweise derart deformiert werden, dass sie ihre dichtende Funktion zumindest nicht mehr vollständig wahrnehmen können, ist an der mittleren Dichtlage 22 die Begrenzungseinrichtung (Stopper) 24 vorgesehen. Die da¬ hingehende Begrenzungseinrichtung 24 liegt bezüglich der Achse 16 der Brennraμmöffnung 12 radial innerhalb der Sicken 26,28; sie könnte aber auch radial außerhalb dieser Sicken liegen oder es wäre möglich, sowohl radial innerhalb als auch außerhalb dieser Sicken einen solchen Stopper 24 vorzusehen. Ferner müssen die beiden Sicken 26,28 bei Anlage mit der mittleren Dichtlage 22 in einer Ebene nicht genau gegenüber liegen; viel¬ mehr wäre hier auch ein entsprechender seitlicher Versatz denkbar. Um die Wechselwirkung von Sicke 26 oder 28 mit Stopper 24 zu erreichen, ist es aber notwendig, dass die dahingehenden Komponenten der Zylinderkopf¬ dichtung einander benachbart angeordnet sind.
Wie sich insbesondere aus der Fig.1 ergibt, umfaßt die Begrenzungseinrich¬ tung 24 in der Art eines zur Längsachse 16 konzentrischen Kreisringes die Brennraumöffnung 12, wobei die Breite der Begrenzungseinrichtung 24 konstant ist. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform bestünde auch die Möglichkeit, die Breite des Stoppers 24 um die Brennraumöffnung 12 herum zu variieren, um dergestalt einen breitenprofilierten Stopper zu erhalten. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform kann im Sin- ne einer Breitenprofi I ierung des Stoppers auf mindestens einer Seite dieser mit einer konvexen Wölbung versehen sein, die vorzugsweise eine ballig geformte Anlagefläche bildet, die gegebenenfalls dergestalt mit zur Erhö¬ hung der Abdichtwirkung mit beitragen kann.
Die äußeren Lagen bestehen vorzugsweise aus einem kaltverformbaren, bei Temperierung aushärtenden Stahl und die mittlere Dichtlage 22 vorzugs¬ weise aus einem kaltverformbaren Stahl. Vorzugsweise werden bei der er¬ findungsgemäßen Zylinderkopfdichtungslösung die Vertiefungen 30 sowie die Erhebungen 32 im Bereich der Begrenzungseinrichtung 24 nicht durch Tiefziehen, sondern durch Fließpressen, insbesondere Kaltfließpressen, er¬ halten. Das Formgebungswerkzeug (nicht dargestellt) weist dabei Form¬ wände auf, die der Außenkontur der Begrenzungseinrichtung 24 mit ihren Vertiefungen 30 und Erhebungen 32 entsprechen, und die die Vertiefungen 30 bildenden Formbacken des Formgebungswerkzeuges verdrängen das Metall der mittleren Dichtlage 22 in Richtung der Erhebungen 32 unter Bil¬ dung derselben. Aufgrund der trapezförmigen Ausgestaltung der Formge¬ bungsbacken des nicht näher dargestellten Formgebungswerkzeuges sind auch die Querschnittsformen von Vertiefungen 30 und Erhebungen 32 tra- pezartig, und zwar in der Art eines gleichschenkligen Trapezes, zumindest bezogen auf die Formgestaltung im Mittenbereich der Begrenzungseinrich¬ tung 24. Es liegt noch im Bereich der Erfindung, die Trapezquerschnittsfor¬ men mit zumindest teilweise konvex und/oder konkav verlaufenden Be¬ grenzungswänden 36 auszubilden, beispielsweise vergleichbar den Zahn- radflanken bei üblichen Zahnrädern (nicht dargestellt). Des weiteren sind vorzugsweise die Vertiefungen 30 alle gleich tief eingebracht und begren¬ zen dergestalt nutförmige Bahnverläufe. Vorzugsweise ist dabei des weite¬ ren vorgesehen, dass der Grund der jeweiligen Nut einer Vertiefung 30 in der Breite gleich ausgebildet ist zu mindestens einer Vertiefung 30 im un¬ mittelbar benachbarten Bereich.
Dadurch, dass zumindest der mittig angeordnete Teil an Vertiefungen 30 und Erhebungen 32 im Querschnitt trapezförmig ist mit zwischen den ein¬ ander benachbart angeordneten Vertiefungen 30 und Erhebungen 32 einer Seite 34 oder 38 der anderen mittleren Dichtlage 22 schräg verlaufenden Begrenzungswänden 36 und dass die einander benachbart gegenüberlie¬ genden Begrenzungswände 36 zweier Seiten 34,38 einen Stegquerschnitt SQ1 begrenzen, der gleich, vorzugsweise jedoch größer ist als der zwi¬ schen den gegenüberliegenden Vertiefungen 30 dieser beiden Seiten 34,38 eingegrenzte Stegquerschnitt SQ2, ist eine sehr steif ausgelegte Begren¬ zungseinrichtung 24 geschaffen, bei der aufgrund der optimalen Krafteinlei¬ tung entlang der schrägen Begrenzungswände 36 (vorzugsweise ausgestaltet mit einem Neigungswinkel kleiner 25°) oder in deren Bereich ein Versagen ausgeschlossen werden kann. Hierzu trägt auch mit bei, dass parallel zur Längsachse 16 betrachtet, die benachbarten Vertiefungen 30 derart einen Radialabstand voneinander aufweisen, dass ein weiterer dritter Stegquer¬ schnitt SQ3 verbleibt, wobei die Stegquerschnitte derart bemessen sind, dass SQ1 größer SQ2 und SQ2 größer SQ3 ist. Die dahingehenden
Stegquerschnitte sind beispielhaft und fiktiv in der Fig.2 mit strichlinierten Linien angegeben. Werden die freien Enden der Erhebungen 32 entspre¬ chend kalibriert, kann sich anstelle der Trapezform im Ausgangszustand auch eine tonnenförmige Anordnung ergeben.
Durch das erfindungsgemäß eingesetzte Kaltfließpreßverfahren werden ins¬ besondere die Materialquerschnitte im Bereich von SQ2 zwischen zwei auf verschiedenen Seiten 34,38 benachbart gegenüberliegenden Vertiefungen 30 weitgehend oder vollständig plastisch umgeformt. Da die schrägen Begrenzungswände 36 zweier benachbarter Vertiefungen 30 auf gegenüberliegenden Seiten 34,38 des Stoppers 24 radial in beiden Richtungen aufeinander zu geneigt sind, ergibt sich hierdurch ein zusätzli- eher Abstützeffekt für die Begrenzungseinrichtung 24. Die Vertiefungen 30 sowie die Erhebungen 32 sind gleichfalls entlang von konzentrischen Krei¬ sen verlaufend zur Mitte der Brennraumöffnung 12 angeordnet. Die Erhe¬ bungen 32 auf einer Seite 34 oder 38 der anderen mittleren Dichtlage 22 verlaufen entlang einer gemeinsamen Ebene, die gegenüber einer zuorden- baren Ebene vorspringt, entlang der die sonstigen Teile 40 dieser Dichtlage 22 verlaufen. Vorzugsweise ist die mittlere Dichtlage 22 mit ihren sonstigen Teilen 40 einstückig mit der Begrenzungseinrichtung 24 verbunden. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform besteht auch die Möglich¬ keit, die Begrenzungseinrichtung höhenzuprofilieren, d.h. im dahingehen- den Fall sind dann nicht alle Erhebungen gleich hoch. Über eine Höhenpro- filierung ließe sich dergestalt die Pressung um die Brennraumöffnung herum definiert einstellen und insbesondere auch vergleichmäßigen, so dass bei¬ spielsweise ein Verzug des zu der Brennraumöffnung zugehörigen Zylin¬ ders verhindert werden kann.
Die Begrenzungseinrichtung 24 stellt auf ihrer der Brennraumöffnung 12 zugewandten Seite 42 ebenso wie auf ihrer Seite 44, die den sonstigen Tei¬ len 40 der mittleren Dichtlage 22 zugewandt ist, einen absatzartigen Über¬ gang 46 her zu einer zumindest teilweise trapezartig realisierten Vertiefung 48 und aufgrund der damit einhergehenden Höhenverringerung der mittle¬ ren Dichtlage 22 läßt sich insoweit bei grundsätzlicher Aussteifung des blockartig aufgebauten Stoppers 24 eine exakte Anpassung an die Gege¬ benheiten erreichen. Um die Begrenzungseinrichtung 24 noch weiter aus¬ zusteifen und zu stabilisieren, kann bei einer nicht näher dargestellten Aus- führungsform auch vorgesehen sein, zumindest einen Teil der Vertiefungen 30 der mittleren Dichtlage 22 zu verfallen, und zwar vorzugsweise mit ei¬ nem fluorierten Kautschukmaterial.
Ferner besteht die Möglichkeit, bei einer weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsform die obere Dichtlage 18 oder die untere Dichtlage 20 ent¬ fallen zu lassen und dann die jeweils gegenüberliegende Seite 38 bzw. 34 auf den Gehäuseteilen des Motors oder des Zylinderkopfes abzustützen. Bei dahingehenden zweilagigen Dichtungen muß die mit dem Stopper verse- hene Blechlage dann mindestens im Bereich der zu schützenden Sicke so dünn sein, dass sich die von der Sicke bewirkte Pressungserhöhung in ei¬ nem ringförmigen Bereich auch auf der der Sicke gegenüberliegenden Seite der Dichtung auswirken kann.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Zylinderkopfdichtung mit einer mindestens eine Durchgangsöffnung, insbesondere Brennraumöffnung (12) aufweisenden Dichtungseinheit (10), die mindestens zwei miteinander zusammenwirkende Dichtlagen
(18,20,22) aufweist, von denen die eine (18,20) mit mindestens einer nachgiebigen, die Durchgangsöffnung umfassenden Sicke (26;28) und die andere (22) mit einer diese Nachgiebigkeit begrenzenden Einrich¬ tung (24) versehen ist, die auf gegenüberliegenden Seiten (34,38) ab- wechselnd Vertiefungen (30) und Erhebungen (32) derart aufweist, dass zumindest teilweise eine Vertiefung (30) einer Erhebung (32) gegenüber¬ liegt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Vertiefungen (30) und der Erhebungen (32) im Querschnitt im wesentlichen tra¬ pezförmig ist mit zwischen den einander benachbart angeordneten Ver- tiefungen (30) und Erhebungen (32) einer Seite (34 oder 38) der anderen
Dichtlage (22) schräg verlaufenden Begrenzungswänden (36) und dass die einander benachbart gegenüberliegenden Begrenzungswände (36) zweier Seiten (34,38) einen Stegquerschnitt (SQ1) der anderen Dichtla¬ ge (22) begrenzen, der gleich oder größer ist als der zwischen den ge- genüberliegenden Vertiefungen (30) dieser beiden Seiten (34,38) einge¬ grenzte Stegquerschnitt (SQ2).
2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (30) und die Erhebungen (32) entlang von vorgebbaren Bahnverläufen, insbesondere entlang von konzentrischen Kreisen zur
Mitte der Brennraumöffnung (12), verlaufen.
3. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte von Vertiefungen (30) und Erhebungen (32) zumindest teilweise gleichschenklige Trapeze bilden, soweit der Ausgangszustand vor Inbetriebnahme angesprochen ist.
4. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Erhebungen (32) auf einer Seite (34,38) der an¬ deren Dichtlage (22) entlang einer gemeinsamen Ebene verlaufen, die gegenüber der zuordenbaren Ebene vorspringt, entlang der die sonsti¬ gen Teile (40) der anderen Dichtlage (22) verlaufen.
5. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Begrenzungseinrichtung (24) im Querschnitt in der Art eines rechteckförmigen Begrenzungsblockes ausgebildet ist und dass insbesondere durch einen plastischen Umformvorgang, wie Flie߬ pressen, die Erhebungen (32) zumindest teilweise aus dem hierbei ver- drängten Material aus den Vertiefungen (30) gebildet sind.
6. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass unter Bildung mindestens einer ballig geformten An¬ lagefläche die Begrenzungseinrichtung (24) auf mindestens einer Seite (34,3!8) eine konvexe Wölbung aufweist.
7. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Begrenzungseinrichtung (24) auf ihrer der Durchgangsöff¬ nung (Brennraumöffnung 12) zugewandten Seite (40) ebenso wie auf ih- rer Seite (44), die den sonstigen Teilen (40) der anderen Dichtlage (22) zugewandt ist, einen absatzartigen Übergang (46) herstellt zu einer zu¬ mindest teilweise trapezartig realisierten Vertiefung (48).
8. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ', dadurch ge¬ kennzeichnet, dass eine weitere dritte Dichtlage (20) mit einer Sicke (28) vorgesehen ist, dass die beiden einander zugewandten Sicken (26,28) von der einen und der weiteren Dichtlage (18,20) unter Vor- Spannung in Anlage bringbar sind mit der dazwischenliegenden anderen
Dichtlage (22), und dass im Bereich der Erhebungen (32) und Vertiefun¬ gen (30) der anderen Dichtlage (22) die erste und die weiteren Dichtla¬ gen (18,20) einen axialen Abstand zu dieser einnehmen.
9. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass zumindest in einem Teil der Vertiefungen (30) der anderen Dichtlage (22) ein Verfüllungsmaterial in Form eines weichen Werkstoffes, beispielsweise ein hitzeresistentes Kunststoffmaterial, ein¬ bringbar ist, vorzugsweise fluoriertes Kautschukmaterial.
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