WO2018024689A1 - Flachdichtung sowie verbrennungsmotor mit einer derartigen flachdichtung - Google Patents

Flachdichtung sowie verbrennungsmotor mit einer derartigen flachdichtung Download PDF

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WO2018024689A1
WO2018024689A1 PCT/EP2017/069356 EP2017069356W WO2018024689A1 WO 2018024689 A1 WO2018024689 A1 WO 2018024689A1 EP 2017069356 W EP2017069356 W EP 2017069356W WO 2018024689 A1 WO2018024689 A1 WO 2018024689A1
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WO
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region
profiling
flat gasket
elevations
adjacent
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/069356
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Kuhn
Hans Waldvogel
Wilhelm Krautmann
Michael HEUSCHMID
Kurt Höhe
Jochen Salzmann
Original Assignee
Reinz-Dichtungs-Gmbh
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.)
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Publication date
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Priority to DE112017003903.7T priority patent/DE112017003903A5/de
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    • 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
    • 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
    • F16J15/0881—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing the sealing effect being obtained by plastic deformation of the packing

Definitions

  • the present invention relates to gaskets and internal combustion engines.
  • the flat gaskets according to the invention are used, for example, in internal combustion engines, in particular bushing engines.
  • crankcases with inserted liners are mostly used. Due to the significantly greater stiffness of cylinder head, crankcase and bushings and larger available bolt forces compared with car engines traditionally uncoated cylinder head gaskets are used in commercial vehicle engines.
  • the surface of the liners used is usually rotated, while the surface of the cylinder head is milled as well as the crankcase.
  • liners of bushing motors which are frequently used in commercial vehicles, can be used. the, on the surface of the gasket facing surface selectively introduced grooves, which run concentrically. Such crevices can have very steep flanks.
  • the surface of the cylinder head gasket facing the bushing usually provides a good seal around the passage opening of the combustion chamber.
  • the milled processing grooves on the surface of the cylinder head or the crankcase, which faces the gasket are not concentric.
  • a gasket layer is used in the prior art as the cylinder head facing position, which has circumferentially around the cylinder head a bead, a thickening or a wave-shaped profiling to increase the pressure and / or to limit the deformation (stopper).
  • Object of the present invention is therefore to provide a flat gasket available, with the above-mentioned problems are solved.
  • a further object of the present invention is to provide a suitable sealing construction and also a suitable internal combustion engine in which the solution according to the invention is implemented.
  • the flat gasket according to the invention is used for sealing between opposing surfaces, for example a crankcase including a bushing on the one hand and a cylinder head on the other hand, for example, along a passage opening through the entire gasket, such as a combustion chamber opening.
  • the flat gasket according to the invention can also serve as a cylinder head gasket for sealing other passage openings, such as, for example, coolant openings, oil passage openings or screw holes.
  • the flat gasket according to the invention has a metallic layer in a first variant.
  • Other metallic layers are possible, but not mandatory.
  • This metallic layer has on a first side or surface at least one circumferential around the passage opening first
  • This first area can be designed without elevation in relation to the areas adjoining laterally in the layer plane, however, it can also be elevated over the adjacent surface, in particular convexly elevated.
  • the first area or each area designated as the first area has a profiling on the first surface which is formed in this surface.
  • the profiling extends in this first area around the passage opening circumferentially and has at least two elevations, between which a depression is provided.
  • the number of elevations may be greater than two, wherein in each case a depression is provided between each two adjacent elevations. Elevations and depressions run parallel to each other around the passage opening and are each self-contained. However, you can also circumscribe a group of several through holes closed.
  • the surveys according to the invention therefore do not represent embossed beads, but a grooving of the first surface.
  • This grooving increases the surface pressure of the flat gasket on the adjacent component surface, for example the cylinder head, and thus leads to an improved adaptation of the gasket and the adjoining surface to each other.
  • the grooving can also penetrate into surface structures such as processing marks in the adjacent surface and thereby forms additional, improved sealing lines.
  • the introduction of such groovings requires no additional processing steps beyond the stamping and embossing of the metallic layer, as they are usually carried out for the production of through-holes and sealing beads and the like.
  • the present invention is therefore inexpensive and easy to implement without additional processing steps, but significantly increases the contact between the gasket and the adjacent component, such as a cylinder head, and results in an improved seal.
  • the first region can be formed flat with respect to the regions of the first surface of the metallic layer adjacent to it, apart from the grooving.
  • this metallic layer may have, on its first surface, a superelevated, in particular convexly elevated, first region, which surrounds the passage opening.
  • first region On the opposite side of this metallic layer, forms a second area.
  • this can be drawn in concave directly opposite the raised first area.
  • the elevation of the first region and the indentation of the second region can together form a kind of bead or other embossing, for example a roughly omnidirectional cross-section through the layer of omega-shaped embossing.
  • the second area can also be configured flush with the second area laterally adjacent to the second area.
  • the profiling according to the invention can be introduced, for example, in the raised area of an embossed sealing element, such as an omega-shaped embossment already mentioned, since the width of the grooving according to the invention is substantially smaller than the width of a roof of such a bead-shaped element, also referred to below as an omega embossing ,
  • the omega embossing usually has a width which is between 70% and 150% of the layer thickness of the corresponding sealant. corresponds to the situation.
  • a concave depression of similar width is usually introduced on the second surface of the metallic layer opposite the raised region.
  • a concave depression is always to be understood here as a macroscopic depression with a depth of more than 75 ⁇ m, ie differs from a microscopic deepening of the profiling or grooving with a depth of up to 75 ⁇ m.
  • the number of elevations and depressions can be varied according to requirements and sealing requirements.
  • the grooving can be introduced on one side, but also optionally on both sides.
  • an optional additional grooving can be introduced both in the layer plane, in particular adjacent to the profiling in the first surface.
  • the profiling according to the invention does not represent a sealing bead or sequence of sealing beads, but is a profiling of the respective surface, preferably in the micrometer range.
  • each elevation or depression can advantageously be 30 to 75 ⁇ m deep and / or 120 to 300 ⁇ m wide, in each case including or excluding the range boundaries.
  • the difference in height between the elevation and adjacent depression (referred to below as “wave amplitude") is less than% of the sheet thickness of the metallic layer adjacent to the elevation and depression, ie less than% of the starting sheet thickness prior to introduction of the elevations and depressions
  • the material used for the metallic layer is a carbon steel stainless steel or a non-spring-hard stainless steel, each having a tensile strength of ⁇ 1100 N / mm 2 , preferably of ⁇ 950 N / mm 2 , as used for the Profiling invention no elastic properties required or even disadvantageous.
  • a flat gasket according to the first variant ie without an excessive region of the first surface in the first region, can advantageously be used if the surface of the adjacent component, for example the crankcase or, in particular, opposite the second surface, is sealed.
  • special of the bushing, in the profiling has a parallel to the profiling encircling elevation. When assembling the component with the flat gasket, this elevation exerts an increased pressure on the regions of the flat gasket that have the profiling. As a result, the profiling is again with increased pressure on the
  • Such an over-arching or elevation of the surface is advantageously formed as a continuous elevation of the surface of the crankcase or the liner, but it can also represent a step-like increase in the crankcase or the liner, for example, a circumferential increase with approximately 90 ° sloping flanks.
  • both surfaces of the at least one layer of the flat gasket have profilings according to the invention.
  • the profiling according to the invention extends as described above in the first, possibly convex, elevated area.
  • the region of the surface opposite the first region of the respective layer is referred to here as the second region.
  • the first and the second area are radially offset relative to the passage opening to be sealed over at least substantially the same area but on opposite surfaces of the same location.
  • the profiling of the second surface advantageously extends - with respective projection of the profilings into the neutral fiber of the layer - not in the same regions as the profiling of the first surface, but laterally offset therefrom in an area designated here as a third region.
  • the profiling of the second surface is not a resultant of the profiling of the first surface. If the first area is convexly raised, the profiling does not extend in itself by the convex increase of the first surface optionally resulting concave depression or the resulting concave indentation of the second surface.
  • the individual elevations of the profiling according to the invention of the first area and / or of the third area have a different height from the surrounding surface of the flat gasket. It is particularly advantageous if the average elevation of the profiling-with an odd number of elevations in the profiling-or the middle two elevations of the profiling-with an even number of adjacent elevations of the profiling-are the highest elevations within the elevations of the profiling.
  • the wave amplitudes of the profiling can be different, for example less, than the wave amplitudes of the profiling on the second surface of the flat gasket.
  • the specific wave amplitude is based on the roughness given in the respectively adjacent component and is preferably chosen such that it is greater than the maximum surface roughness of the respectively adjacent component.
  • the width of the individual juxtaposed elevations and depressions of a surface can also be different. Further, if, as described above, there are profilings on both surfaces of the layer, the widths of the elevations and depressions may also be present
  • Profiles may be different on both surfaces. Likewise, the number of elevations of the two surfaces may be different.
  • the profiling according to the invention runs around a passage opening in the first and / or second surface of the flat gasket. It is not necessary that the profiling rotates in a linear or circular manner around the passage opening. Rather, it is also possible to choose any shape of the profiling, for example, a meandering profiling. It is crucial that the passage opening is surrounded in a self-contained form.
  • the sealing construction according to the invention is particularly effective when the profiling rests directly on the surface of the adjacent component, for example a cylinder head, on the first surface of the flat gasket, without further layers being arranged therebetween.
  • Stroke, star and degree signs are only used to distinguish between several depressions or elevations within a profiling.
  • Stroke, star and degree signs are only used to distinguish between several depressions or elevations within a profiling.
  • Edges shown even if they are usually ring in practice, in particular approximately circular.
  • FIG. 1 shows a flat gasket according to the invention in a plan view of the first surface
  • FIGS. 2A to 2J different flat gaskets and internal combustion engines according to the invention in sections in cross section;
  • FIGS. 3A to 3D further flat gaskets according to the invention fragmentary in perspective cross-section;
  • FIG. 4 shows a section of a cross section of a further flat gasket according to the invention.
  • Figure 5 is a flat gasket according to the prior art.
  • FIG. 5 shows a prior art flat gasket, showing a cutout that extends around a combustion chamber opening.
  • the flat gasket 10 has a single metallic layer 11 which has a first surface 12 and a second surface 13 and two sealing beads 26a and 26b surrounding a combustion chamber 4. Both sealing beads run parallel to each other and in closed form around the combustion chamber 4, not shown here, wherein both sealing beads 26a and 26b in the direction of the first side 12 adjacent cylinder head are heightened.
  • the bead roof of the beads 26a and 26b abuts the surface of the cylinder head.
  • the metallic layer 10 consists of spring-hard steel in order to ensure a sufficient elasticity of the sealing beads 26a and 26b.
  • FIG. 1 shows a flat gasket according to the present invention, in plan view of the first surface 12, which faces the cylinder head.
  • a profiling 16a or 16b which surrounds the respective combustion chamber passage opening 4a and 4b in a closed manner, is arranged around each of the combustion chamber passage openings 4a and 4b. In the following, essentially profiling 16a is explained, profiling 16b being designed in the same way.
  • the profiling 16a has a grooving with elevations and depressions, with a total of four elevations 17a, 17b, 17c, 17d separated by three recesses 18a, 18b and 18c. Elevations and depressions run parallel to one another and in a closed manner in a circular manner around the combustion chamber opening 4a. However, it is also possible to make the elevations and depressions in a different form, for example in a meandering shape, as shown by way of example in FIG. 3B. In
  • Figure 1 is merely the illustrated first surface 12 in the illustrated Profiled way, while the second surface, not shown, of the metallic layer 11 of the profiling is formed opposite smooth.
  • Figures 2A to 21 show in cross-section and cutout a variety of possible embodiments of the present invention.
  • FIG. 2A shows a crankcase 1 with a bushing 3.
  • a cylinder head 2 is located opposite the latter.
  • grooves 5 are produced, which lead to a pressure increase between a metallic layer 11 of a flat gasket 10 and the
  • the second surface 13 of the metallic layer 11 has two concave recessed regions 15a and 15b, also referred to below as second regions, between which there is a circumferential web. This bridge is now experiencing an increase in the assembly of the internal combustion engine
  • first regions 23a and 23b are provided, which are elevated.
  • the metallic layer forms an omega embossment in the area, which in each case comprises an elevated and a concave recessed area, over its entire thickness.
  • Each of these convexly elevated first regions has a profiling 16a or 16b according to the invention with three elevations and two depressions.
  • the sealing layer 11 experiences an increased pressure on the adjacent surface of the cylinder head 2, so that the profilings 16a and 16b can dig into the surface of the cylinder head 2 and reliably seal them.
  • the height H of an elevation 17 relative to a depression 18, the height HS of a convexly elevated first region 23 and the sheet thickness D of the metallic layer are also illustrated.
  • the width BP of an elevation 17 and the width BS of a convexly elevated first area 23 are shown. The width BP of the surveys and the
  • Wells here is about 125 ⁇ , the total width BS of the convex elevated area about 625 ⁇ .
  • the height H of the elevations is approximately 75 ⁇ relative to the lowest point of the wells.
  • the legs of the omega embossment are very steep with over 50 ° - compared to the beads 26 of the prior art - sloping.
  • FIG. 2B shows a sealing construction as in FIG. 2A, but now the flat gasket 10 has a further metallic layer 21 in the form of a smooth plate, which is arranged between the crankcase 1, 3 and the metallic layer 11.
  • this sealing construction is designed in the form of an omega embossing.
  • FIG. 2C shows a further flat gasket 10 according to the invention, which is designed like the flat gasket in FIG. 2A.
  • the metallic layer 11 has only a single area 23 on the first surface 12, which has an elevation with a profiling 16 with now four elevations and three depressions on the first surface 12.
  • the metallic layer 11 On the second area 15 opposite the first area 23 of the first surface 12, i. on the second surface 13, the metallic layer 11 has a concave recess or a feeder.
  • the total width BS of the convexly elevated portion 23 is 900 ⁇ , the width BP of a survey as before about 120 ⁇ .
  • the height HS of the convexly elevated area is 120 ⁇ , the height H of a survey relative to an adjacent recess 50 ⁇ .
  • FIG. 2D shows a further flat gasket 10 according to the invention corresponding to that in FIG. 2A.
  • the profiling 19 is seen perpendicular to the layer plane of the metallic layer 11 adjacent to the profiles 16a and 16b or between them.
  • the profiled web 30 further increases the pressure of the metallic layer 11 on the bushing 3 and leads to a further improved sealing.
  • the professional Altechniken 16a, 16b, 19 is located on the respective opposite surface of the metallic layer 11 each opposite a non-profiled area.
  • FIG. 2E shows a further embodiment of a flat gasket according to the invention similar to that in FIG. 2C and according to the second variant of the present invention.
  • the second surface 13 of the metallic layer 11 is smooth.
  • the cylinder head has an appropriate location, i.
  • a convexly elevated area is formed during shoring, so that the first area 14 is transferred during installation in a convexly elevated area, as shown in the other embodiments.
  • the profiling 16 remains largely preserved.
  • FIG. 2F illustrates a further embodiment of a flat gasket according to the invention comparable to that in FIG. 2E.
  • the elevation 25 of the bushing 3 with 300 ⁇ m over the elevation 25 of the bushing 3 of FIG. 2E is markedly higher, while the thickness of the flat gasket 10 is again 1 mm is.
  • a recess 24, however, is not present in the cylinder head 2. If the rigidity of the components 1, 2, 3 and the sheet material of the gasket layer (s) is suitably selected, an elevation 25 alone is sufficient to produce a convexly elevated first area during installation. Both in FIG. 2E and in FIG Height of the surveys
  • Figure 2G shows a further inventive flat gasket 10 according to the first variant of the invention, which corresponds to that in Figure 2C.
  • the concave second region 15, which is arranged opposite to the convexly elevated region 23 it is now possible, in a plan view of the layer level of the metallic layer 11 considered in the second surface 13 and on both sides adjacent to the smooth second region 15 in the second surface 13 each have a third region 29a, 29b provided with second profilings 19a and 19b.
  • These profilings 19a, 19b are provided only in the second side 13, while on the opposite first side
  • the profilings 19a, 19b are therefore not directly opposite the convexly elevated first region 23 with its profiling 16, but laterally offset outside the second region 15.
  • FIG. 2H shows a further embodiment of a flat gasket 10 according to the invention which, with regard to the profiling 19, adjacent to the second region 15 on both sides predominantly corresponds to that in FIG. 2G.
  • the first region 23 as well as the second region 15 are present twice as first regions 23a and 23b or second regions 15a and 15b, while a web 30 is provided in the second surface 13 between the regions 15a and 15b , This web 30 is not profiled.
  • FIG. 21 shows a further flat gasket 10 according to the invention corresponding to that in FIG. 2H.
  • the web 30 provided between the regions 15a and 15b in the second layer 13 is now also profiled and thus forms a third region 29b.
  • All profiles 16a, 16b, 19a, 19b, 19c here have three elevations, which are separated by two recesses.
  • the profilings 16a, 16b of the first surface 12 in the radial direction (with respect to the combustion chamber opening 4) are opposite to the profilings 19a, 19b, 19c of the second surface 13, i. the third regions 29a, 29b, 29c, offset.
  • Reference signs for the recesses and surveys have been omitted here for the sake of clarity.
  • FIG. 2J shows a further flat gasket 10 according to the invention corresponding to that in FIG. 2H.
  • the second surface 13 is not profiled at any point.
  • a shortened further sealing layer 21 is provided, which extends over the first layer 11 and extends on the side facing away from the passage opening 4 side of the convexly elevated first portion 23 up to this convexly elevated portion 23b.
  • FIG. 3 shows an oblique view of a section of further flat gaskets 10 according to the invention.
  • the flat gasket in FIG. 3A is similar to that of FIG. 5 of the prior art.
  • FIG. 3B shows a further flat gasket 10 according to the invention, in which only a convexly elevated first region 23 is present, which extends along a
  • the convexly raised portion 23 is similar to the beads 26 of the prior art. Approximately in the middle of the roof surface of the convexly elevated region 23 there are three elevations 17, 17 ', 17 ", between which two recesses 18, 18' are arranged Cooling or lubricant passage openings, the flat gasket 10 has a gating 22. Again, an elastomeric molded seal 22 is provided Figure 3C shows another gasket 10 according to the invention corresponding to the flat gasket shown in Figure 3A, in addition to the first layer 11 here is a smooth metal sheet arranged as a further layer 21 between the first layer 11 and a crankcase, not shown, or a liner, not shown.
  • FIG. 3D shows a further flat gasket 10 according to the invention. Apart from the absence of gating 22, it largely corresponds to that of FIG. 3C, wherein the flat gasket 10 of FIG. 3D is reversed compared to that of FIG. 3C, ie the smooth sheet metal layer 21 is now the one above facing adjacent component, while the profiles 16a, 16b to the underlying adjacent component demonstrate.
  • FIG. 4 shows a section of a cross section of a gasket layer 11.
  • a profiling 16a is introduced into the gasket layer 11, which has three elevations 17a, 17a and 17a, lying between these elevations two recesses 18a.
  • the two terminal elevations 17a ° with approximately 30 ⁇ m have a smaller height H than the middle elevation 17a * with 40 ⁇ m.
  • the convexly elevated area is here mirror-symmetrical to the center line formed by the elevation 17a *.
  • the total width of the convexly elevated area is about 950 ⁇ . These are distributed halfway up between the maximum of the elevation 17a * and the minimum of a depression 18a approximately to 50 ⁇ m per well 18a, 300 ⁇ m per elevation 17a ° and 250 ⁇ m to the elevation 17a *.
  • a slightly different profiling 16b is introduced into the gasket layer 11.
  • three recesses 18b between four elevations 17b °, 17b *, 17b *, 17b °.
  • the terminal elevations 17b ° are less high than the central elevations 17b *.
  • the heights relative to the recesses 18b 35 and 50 ⁇ are the heights relative to the recesses 18b 35 and 50 ⁇ .
  • the total width of the convexly elevated portion 23b is approximately 1250 ⁇ , again the recesses 18b are about 50 ⁇ , the elevations 17b ° about 300 ⁇ and the elevations 17b * about 250 ⁇ wide. The width measurements are made again halfway between the minimum of a pit and the maximum of the bumps, i. the maximum of the elevations 17b *.
  • FIG. 4 shows profilings with elevations of different heights and depressions of different depths using the example of first profilings 16a, 16b. It is likewise possible to carry out a second profiling 19 with elevations of different height and / or different depths.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Flachdichtungen und Verbrennungsmotoren. Die erfindungsgemäßen Flachdichtungen werden beispielsweise bei Verbrennungsmotoren, insbesondere Buchsenmotoren eingesetzt.

Description

Flachdichtung sowie Verbrennungsmotor mit einer derartigen Flachdichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft Flachdichtungen und Verbrennungsmotoren. Die erfindungsgemäßen Flachdichtungen werden beispielsweise bei Verbrennungsmotoren, insbesondere Buchsenmotoren eingesetzt.
In Verbrennungsmotoren wird üblicherweise zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf eine Flachdichtung eingebracht, die den Spalt zwischen Kurbelgehäuse und Zylinderkopf abdichtet. Im Nutzfahrzeugbereich werden meist Kurbelgehäuse mit eingesetzten Laufbuchsen eingesetzt. Aufgrund der verglichen mit Pkw-Motoren wesentlich größeren Steifigkeit von Zylinderkopf, Kurbelgehäuse und Laufbuchsen und größeren zur Verfügung stehenden Schraubenkräften werden bei Nutzfahrzeugmotoren traditionell unbeschichtete Zylinderkopfdichtungen eingesetzt. Die Oberfläche der eingesetzten Laufbuchsen ist üblicherweise gedreht, während die Oberfläche des Zylinderkopfes ebenso wie des Kurbelgehäuses gefräst ist. So können beispielsweise Laufbuchsen von Buchsenmotoren, die bei Nutzfahrzeugen häufig eingesetzt wer- den, an der der Flachdichtung zugewandten Oberfläche gezielt eingebrachte Rillierungen aufweisen, die konzentrisch verlaufen. Derartige Rillierungen können sehr steile Flanken aufweisen. Wenn die Rillierungen bei Buchsen konzentrisch um die Brennräume verlaufen, erfolgt durch die der Buchse zu- gewandte Oberfläche der Zylinderkopfdichtung üblicherweise eine gute Abdichtung um die Durchgangsöffnung des Brennraums. Dem gegenüber verlaufen die gefrästen Bearbeitungsriefen auf der Oberfläche des Zylinderkopfes oder des Kurbelgehäuses, die der Flachdichtung zugewandt ist, nicht konzentrisch.
Um die Abdichtung zwischen Zylinderkopf und Flachdichtung zu verbessern, wird im Stand der Technik als dem Zylinderkopf zugewandte Lage eine Dichtungslage verwendet, die umlaufend um den Zylinderkopf eine Sicke, eine Aufdickung oder eine wellenförmige Profilierung zur Pressungserhöhung und/oder zur Verformungsbegrenzung (Stopper) aufweist.
Bei geringer Rauigkeit der abzudichtenden Bauteile ist die Pressungserhöhung durch derartig geprägte Strukturen ausreichend für eine zuverlässige Abdichtung. Bei abzudichtenden Bauteilen mit großer Rauigkeit, insbesondere auch bei stark welligen Oberflächen der abzudichtenden Bauteile, ist eine Anpassung der Oberfläche der Flachdichtung an die Bearbeitungsriefen in der gegenüberliegenden Oberfläche des Zylinderkopfes kaum möglich, da diese geprägten Strukturen zu steif bzw. zu grob sind. Ähnliche Abdichtungsprobleme treten auch in anderen technischen Bereichen auf, in denen Flachdichtungen eingesetzt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Flachdichtung zur Verfügung zu stellen, mit der die oben genannten Probleme gelöst werden. Wei- tere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine geeignete Dichtkonstruktion zur Verfügung zu stellen und auch einen geeigneten Verbrennungsmotor, in dem die erfindungsgemäße Lösung implementiert ist.
Diese Aufgabe wird durch die Flachdichtung nach Anspruch 1 sowie durch den Verbrennungsmotor nach Anspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Flachdichtung oder des erfindungsgemäßen Verbren- nungsmotors werden in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen gegeben.
Die erfindungsgemäße Flachdichtung dient der Abdichtung zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen, beispielsweise eines Kurbelgehäuses ein- schließlich einer Laufbuchse einerseits und eines Zylinderkopfes andererseits beispielsweise längs einer die gesamte Flachdichtung durchbrechenden Durchgangsöffnung, wie beispielsweise einer Brennraumöffnung. Die erfindungsgemäße Flachdichtung kann als Zylinderkopfdichtung jedoch auch zur Abdichtung anderer Durchgangsöffnungen, wie beispielsweise Kühlmittelöff- nungen, Öldurchgangsöffnungen oder Schraubenlöchern dienen.
Die erfindungsgemäße Flachdichtung weist in einer ersten Variante eine metallische Lage auf. Weitere metallische Lagen sind möglich, jedoch nicht zwingend erforderlich. Diese metallische Lage weist auf einer ersten Seite bzw. Oberfläche mindestens einen um die Durchgangsöffnung umlaufenden ersten
Bereich auf. Dieser erste Bereich kann gegenüber den seitlich in der Lagenebene angrenzenden Bereichen ohne Überhöhung ausgeführt sein, er kann jedoch auch gegenüber der angrenzenden Oberfläche überhöht, insbesondere konvex überhöht sein.
Gemäß der ersten Variante weist der erste Bereich bzw. jeder als erster Bereich bezeichnete Bereich auf der ersten Oberfläche eine Profilierung auf, die in diese Oberfläche eingeformt ist. Die Profilierung erstreckt sich in diesem ersten Bereich um die Durchgangsöffnung umlaufend und weist mindestens zwei Erhebungen auf, zwischen denen eine Vertiefung vorgesehen ist. Optional kann auch die Zahl der Erhebungen größer als zwei sein, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Erhebungen jeweils eine Vertiefung vorgesehen ist. Erhebungen und Vertiefungen laufen parallel zueinander um die Durchgangsöffnung um und sind jeweils in sich geschlossen. Sie können allerdings auch eine Gruppe aus mehreren Durchgangsöffnungen geschlossen umlaufen.
Die erfindungsgemäßen Erhebungen stellen daher keine geprägten Sicken dar, sondern eine Rillierung der ersten Oberfläche. Diese Rillierung erhöht die Flächenpressung der Flachdichtung auf die benachbarte Bauteil-Oberfläche, bei- spielsweise des Zylinderkopfes, und führt so zu einer verbesserten Anpassung der Flachdichtung und der an diese angrenzenden Oberfläche aneinander. Insbesondere kann die Rillierung auch in Oberflächenstrukturen wie beispielsweise Bearbeitungsriefen in der benachbarten Oberfläche eindringen und bildet hierdurch zusätzliche, verbesserte Dichtlinien. Das Einbringen derartiger Rillierungen erfordert keine zusätzlichen Bearbeitungsschritte jenseits des Stanzens und Prägens der metallischen Lage, wie sie zur Erzeugung von Durchgangsöffnungen und Dichtsicken und dergleichen üblicherweise durchgeführt werden. Die vorliegende Erfindung ist daher kostengünstig und einfach und ohne zusätzliche Bearbeitungsschritte zu imple- mentieren, erhöht jedoch den Kontakt zwischen Flachdichtung und benachbartem Bauteil, wie beispielsweise einem Zylinderkopf, erheblich und führt zu einer verbesserten Abdichtung.
In einer ersten Variante der Erfindung kann der erste Bereich, wie bereits er- wähnt, gegenüber den an ihn angrenzenden Bereichen der ersten Oberfläche der metallischen Lage außer der Rillierung flach ausgebildet sein.
In einer zweiten Variante kann diese metallische Lage auf ihrer ersten Oberfläche einen um die Durchgangsöffnung umlaufenden überhöhten, insbesondere konvex überhöhten ersten Bereich aufweisen. Auf der gegenüberliegenden Seite dieser metallischen Lage, bildet sich ein zweiter Bereich aus. Dieser kann insbesondere unmittelbar dem überhöhten ersten Bereich gegenüberliegend, konkav eingezogen sein. Dabei können die Überhöhung des ersten Bereichs und der Einzug des zweiten Bereichs gemeinsam eine Art Sicke oder sonstige Prägung, beispielsweise eine in grober Näherung im Querschnitt durch die Lage omegaförmige Prägung ausbilden. Dies ist jedoch nicht erforderlich, vielmehr kann der zweite Bereich auch plan zu der dem zweiten Bereich seitlich benachbarten zweiten Oberfläche ausgestaltet sein. Die erfindungsgemäße Profilierung kann dabei beispielsweise auch in den erhabenen Bereich eines geprägten Abdichtelementes, wie beispielsweise einer bereits genannten omegaförmigen Prägung eingebracht werden, da die Breite der erfindungsgemäßen Rillierung wesentlich geringer ist als die Breite eines Dachs eines derartigen, im Folgenden auch als Omegaprägung bezeichneten sickenförmigen Elements. Die Omegaprägung weist üblicherweise eine Breite auf, die zwischen 70% und 150% der Lagendicke der entsprechenden Dich- tungslage entspricht.
Zur Ausbildung einer omegaförmigen Prägung wird dabei üblicherweise auf der dem erhabenen Bereich gegenüberliegenden zweiten Oberfläche der me- tallischen Lage eine konkave Vertiefung ähnlicher Breite eingebracht. Eine konkave Vertiefung ist hier immer als makroskopische Vertiefung mit einer Tiefe von mehr als 75 μιη zu verstehen, unterscheidet sich also von einer mikroskopischen Vertiefung der Profilierung bzw. Rillierung mit einer Tiefe von bis zu 75 μιη.
Bei der erfindungsgemäßen Profilierung kann die Anzahl der Erhebungen und Vertiefungen nach Bedarf und Dichtanforderungen variiert werden. Wie bereits erwähnt, kann die Rillierung einseitig, aber auch optional beidseitig eingebracht werden. Auf der zweiten Oberfläche kann eine optionale zusätzliche Rillierung sowohl in der Lagenebene insbesondere benachbart zu der Profilierung in der ersten Oberfläche eingebracht werden. Die erfindungsgemäße Profilierung stellt keine Dichtsicke oder Abfolge von Dichtsicken dar, sondern ist eine Profilierung der jeweiligen Oberfläche, vorzugsweise im Mikrometerbereich. Insbesondere kann jede Erhebung oder jede Vertiefung vorteilhaft- erweise 30 bis 75 μιη tief und/oder 120 bis 300 μιη breit sein, jeweils einschließlich oder ausschließlich der Bereichsgrenzen. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Höhenunterschied zwischen Erhebung und benachbarter Vertiefung (im Folgenden „Wellenamplitude" genannt) kleiner als % der Blechdicke der metallischen Lage benachbart zu der Erhebung und Vertiefung ist, d.h. kleiner als % der Ausgangsblechdicke vor Einbringen der Erhebungen und Vertiefungen der Rillierung ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn als Material für die metallische Lage ein Kohlenstoffstahl Edelstahl oder ein nicht federharter Edelstahl jeweils mit einer Zugfestigkeit von < 1100 N/mm2, vorzugsweise von < 950 N/mm2, verwendet wird, da für die erfindungsgemäße Profilierung keine elastischen Eigenschaften erforderlich oder gar nachteilig sind.
Eine Flachdichtung gemäß der ersten Variante, d.h. ohne überhöhten Bereich der ersten Oberfläche im ersten Bereich, kann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn die der zweiten Oberfläche gegenüberliegende abzudichtende Oberfläche des benachbarten Bauteils, beispielsweise des Kurbelgehäuses oder ins- besondere der Laufbuchse, im Bereich der Profilierung eine parallel zur Profilierung umlaufende Überhöhung aufweist. Beim Zusammenbau des Bauteils mit der Flachdichtung wird durch diese Überhöhung eine erhöhte Pressung auf die Bereiche der Flachdichtung ausgeübt, die die Profilierung aufweisen. Hierdurch wird die Profilierung wiederum mit erhöhter Presskraft auf die
Oberfläche des der ersten Oberfläche der Flachdichtung benachbarten Bauteils, beispielsweise des Zylinderkopfes, gepresst, so dass die dort befindlichen Vertiefungen, insbesondere die dort befindlichen mikroskopischen Vertiefungen, durch die erfindungsgemäße Profilierung abgedichtet werden.
Eine derartige Überwölbung oder Überhöhung der Oberfläche ist vorteilhafterweise als kontinuierliche Überhöhung der Oberfläche des Kurbelgehäuses bzw. der Laufbuchse ausgebildet, sie kann jedoch auch eine stufenförmige Erhöhung im Kurbelgehäuse bzw. der Laufbuchse darstellen, beispielsweise eine umlaufende Erhöhung mit mit näherungsweise 90° abfallenden Flanken.
Sie stellt jedoch nicht den Absatz zwischen dem Hauptkörper des Kurbelgehäuses und der Laufbuchse dar.
Beide Varianten der erfindungsgemäßen Flachdichtung können vorteilhaft wie folgt weitergebildet werden.
In einer Ausführung weisen beide Oberflächen der mindestens einen Lage der Flachdichtung erfindungsgemäße Profilierungen auf. Auf der ersten Oberfläche erstreckt sich die erfindungsgemäße Profilierung dabei wie zuvor be- schrieben im ersten, ggf. konvex überhöhten, Bereich. Der Bereich der dem ersten Bereich gegenüberliegenden Oberfläche der betreffenden Lage wird hier als zweiter Bereich bezeichnet. Der erste und der zweite Bereich erst- ecken sich radial, relativ zur abzudichtenden Durchgangsöffnung, über zumindest weitgehend denselben Bereich aber auf gegenüberliegenden Oberflä- chen derselben Lage. Die Profilierung der zweiten Oberfläche erstreckt sich vorteilhafterweise - bei jeweiliger Projektion der Profilierungen in die neutrale Faser der Lage - nicht in denselben Bereichen wie die Profilierung der ersten Oberfläche, sondern seitlich versetzt zu dieser in einem hier als dritter Bereich bezeichneten Bereich. Insbesondere ist die Profilierung der zweiten Oberfläche keine Resultierende der Profilierung der ersten Oberfläche. Ist der erste Bereich konvex überhöht, erstreckt sich die Profilierung nicht in der sich durch die konvexe Erhöhung der ersten Oberfläche gegebenenfalls ergebenden konkaven Vertiefung bzw. dem sich ergebenden konkaven Einzug der zweiten Oberfläche. In einer besonders vorteilhaften Ausführung weisen die einzelnen Erhebungen der erfindungsgemäßen Profilierung des ersten Bereichs und/oder des dritten Bereichs eine unterschiedliche Höhe gegenüber der umgebenden Oberfläche der Flachdichtung auf. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn die mittlere Erhebung der Profilierung - bei einer ungeraden Anzahl an Erhebungen in der Profilierung - oder die mittleren beiden Erhebungen der Profilierung -bei einer geraden Anzahl an benachbarten Erhebungen der Profilierung - die höchsten Erhebungen innerhalb der Erhebungen der Profilierung sind. Sind in beiden Oberflächen der Flachdichtung erfindungsgemäße Profilierungen angeordnet, so können vorteilhafterweise auf der ersten Seite der Flachdichtung die Wel- lenamplituden der Profilierung unterschiedlich, beispielsweise geringer, sein als die Wellenamplituden der Profilierung auf der zweiten Oberfläche der Flachdichtung. Die konkrete Wellenamplitude orientiert sich dabei an der im jeweils angrenzenden Bauteil gegebenen Rauigkeit und wird vorzugsweise so gewählt, dass sie größer ist als die maximale Rautiefe des jeweils angrenzen- den Bauteils.
Auch die Breite der einzelnen nebeneinander angeordneten Erhebungen und Vertiefungen einer Oberfläche kann unterschiedlich sein. Weiter können auch, falls wie zuvor beschrieben, auf beiden Oberflächen der Lage Profilie- rungen vorhanden sind, die Breiten der Erhebungen und Vertiefungen der
Profilierungen auf beiden Oberflächen unterschiedlich sein. Ebenso kann die Anzahl der Erhebungen der beiden Oberflächen unterschiedlich sein.
Wie oben beschrieben läuft die erfindungsgemäße Profilierung in der ersten und/oder zweiten Oberfläche der Flachdichtung um eine Durchgangsöffnung um. Dabei ist es nicht erforderlich, dass die Profilierung in linearer oder kreisförmiger Weise um die Durchgangsöffnung umläuft. Vielmehr ist es auch möglich, beliebige Verlaufsformen der Profilierung zu wählen, beispielsweise eine mäandrierende Profilierung. Entscheidend ist, dass die Durchgangsöffnung in in sich geschlossener Form umgeben wird. Die erfindungsgemäße Dichtkonstruktion ist insbesondere dann wirksam, wenn die Profilierung auf der ersten Oberfläche der Flachdichtung unmittelbar auf der Oberfläche des benachbarten Bauteils, beispielsweise eines Zylinderkopfes, aufliegt, ohne dass weitere Lagen dazwischen angeordnet wären.
Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Flachdichtungen und erfindungsgemäßer Verbrennungsmotoren gegeben. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, so dass die Beschreibung der Bezugszeichen teilweise nicht wiederholt wird. Kleinbuchstaben unterscheiden Elemente, die mehrfach vorhanden sind,
Strich, Stern und Gradzeichen werden nur zur Unterscheidung mehrerer Vertiefungen bzw. Erhebungen innerhalb einer Profilierung verwendet. In den nachfolgenden Beispielen sind neben den gemäß den unabhängigen Ansprüchen wesentlichen Merkmalen der vorliegenden Erfindung jeweils eine Viel- zahl von optionalen Weiterbildungen in Kombination miteinander dargestellt.
Es ist jedoch auch möglich, die vorliegende Erfindung durch lediglich eines der optionalen Merkmale weiterzubilden oder durch eine Kombination der dargestellten optionalen Merkmale innerhalb eines Beispiels oder auch einer Kombination verschiedener optionaler Merkmale in verschiedenen Beispielen wei- terzubilden. Die Kanten der Durchgangsöffnung sind vereinfacht als gerade
Kanten dargestellt, auch wenn sie in der Praxis üblicherweise ring-, insbesondere näherungsweise kreisförmig sind.
Es zeigen
Figur 1 eine erfindungsgemäße Flachdichtung in Aufsicht auf die erste Oberfläche;
Figuren 2A bis 2J verschiedene erfindungsgemäße Flachdichtungen und Ver- brennungsmotoren abschnittsweise im Querschnitt;
Figuren 3A bis 3D weitere erfindungsgemäße Flachdichtungen ausschnittsweise im perspektivischen Querschnitt;
Figur 4 ein Ausschnitt eines Querschnitts einer weiteren erfindungsgemäßen Flachdichtung; und Figur 5 eine Flachdichtung nach dem Stand der Technik.
Figur 5 zeigt eine Flachdichtung nach dem Stand der Technik, wobei ein Aus- schnitt gezeigt wird, der um eine Brennraumöffnung umläuft. Die Flachdichtung 10 weist eine einzelne metallische Lage 11 auf, die eine erste Oberfläche 12 und eine zweite Oberfläche 13 sowie zwei um einen Brennraum 4 umlaufende Dichtsicken 26a und 26b aufweist. Beide Dichtsicken laufen parallel zueinander und in geschlossener Form um den hier nicht näher dargestellten Brennraum 4 um, wobei beide Dichtsicken 26a und 26b in Richtung des zur ersten Seite 12 benachbarten Zylinderkopfes überhöht sind. Das Sickendach der Sicken 26a und 26b liegt an der Oberfläche des Zylinderkopfes an. Die metallische Lage 10 besteht dabei aus federhartem Stahl, um eine hinreichende Elastizität der Dichtsicken 26a und 26b zu gewährleisten. Dies er- schwert jedoch, dass die Dichtsicken 26a und 26b sich mit ihrem Sickendach hinreichend in mikroskopische Vertiefungen der Oberfläche des Zylinderkopfes eindrücken, beispielsweise in Bearbeitungsriefen des Zylinderkopfes. Eine Abdichtung zwischen der metallischen Lage 11 und dem Zylinderkopf ist daher nur mangelhaft möglich.
Figur 1 zeigt demgegenüber eine Flachdichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Aufsicht auf die erste Oberfläche 12, die dem Zylinderkopf zugewandt ist. Um jede der Brennraumdurchgangsöffnungen 4a und 4b ist jeweils eine Profilierung 16a bzw. 16b angeordnet, die die jeweilige Brennraum- durchgangsöffnung 4a und 4b in geschlossener Weise umgibt. Im Folgenden wird im Wesentlichen Profilierung 16a erläutert, wobei Profilierung 16b in gleicher Weise ausgestaltet ist.
Die Profilierung 16a weist eine Rillierung mit Erhebungen und Vertiefungen auf, wobei insgesamt vier Erhebungen 17a, 17b, 17c, 17d durch drei Vertiefungen 18a, 18b und 18c voneinander getrennt sind. Erhebungen und Vertiefungen verlaufen parallel zueinander und in sich geschlossen in kreisförmiger Weise um die Brennraumöffnung 4a. Es ist jedoch auch möglich, die Erhebungen und Vertiefungen in anderer Form, beispielsweise in mäandrierender Form umlaufend zu gestalten, wie dies in Figur 3B beispielhaft gezeigt ist. In
Figur 1 ist lediglich die dargestellte erste Oberfläche 12 in der dargestellten Weise profiliert, während die nicht dargestellte zweite Oberfläche der metallischen Lage 11 der Profilierung gegenüberliegend glatt ausgebildet ist.
Figuren 2A bis 21 zeigen im Querschnitt und Ausschnitt eine Vielzahl möglicher Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
In Figur 2A ist ein Kurbelgehäuse 1 mit einer Laufbuchse 3 dargestellt. Diesen gegenüberliegend befindet sich ein Zylinderkopf 2. In der Laufbuchse 3 sind durch drehende Bearbeitung Rillierungen 5 erzeugt, die zu einer Druckerhö- hung zwischen einer metallischen Lage 11 einer Flachdichtung 10 und der
Oberfläche der Laufbuchse 3 führen. Um diese Abdichtung weiter zu verbessern, weist die zweite Oberfläche 13 der metallischen Lage 11 zwei konkav vertiefte, im Folgenden auch als zweite Bereiche bezeichnete Bereiche 15a und 15b auf, zwischen denen sich umlaufend ein Steg befindet. Dieser Steg erfährt nun beim Zusammenbau des Verbrennungsmotors eine erhöhte
Presskraft auf die Oberfläche der Laufbuchse 3.
Auf der ersten Oberfläche 12 der einzigen metallischen Lage 11 der Flachdichtung 10 sind zwei erste Bereiche 23a und 23b vorgesehen, die überhöht sind. Die metallische Lage bildet in dem Bereich, der jeweils einen überhöhten und einen konkav vertieften Bereich umfasst, über ihre gesamte Dicke eine Omegaprägung. Jeder dieser konvex überhöhten ersten Bereiche weist eine erfindungsgemäße Profilierung 16a bzw. 16b mit drei Erhebungen und zwei Vertiefungen auf. Durch diese Profilierungen 16a und 16b erfährt die Dichtla- ge 11 eine erhöhte Pressung auf die benachbarte Oberfläche des Zylinderkopfes 2, so dass sich die Profilierungen 16a und 16b in die Oberfläche des Zylinderkopfes 2 eingraben und diese zuverlässig abdichten können.
Die Detailansicht im unteren Teil der Figur 2A stellt den im oberen Teil der Figur mit einem gestrichelten Kreis begrenzten Bereich der metallischen Lage
11 im Detail dar. Darin sind insbesondere auch die Höhe H einer Erhebung 17 relativ zu einer Vertiefung 18, die Höhe HS eines konvex überhöhten ersten Bereiches 23 sowie die Blechdicke D der metallischen Lage illustriert. Ebenso sind die Breite BP einer Erhebung 17 und die Breite BS eines konvex überhöh- ten ersten Bereiches 23 eingezeichnet. Die Breite BP der Erhebungen und der
Vertiefungen beträgt hier jeweils ungefähr 125 μιη, die Gesamtbreite BS des konvex überhöhten Bereichs ungefähr 625 μιη. Die Höhe H der Erhebungen beträgt relativ zum tiefsten Punkt der Vertiefungen ungefähr 75 μιη. Die Schenkel der Omegaprägung sind mit über 50° sehr steil - verglichen mit den Sicken 26 des Stands der Technik - abfallend.
Figur 2B zeigt eine Dichtkonstruktion wie in Figur 2A, wobei jedoch nun die Flachdichtung 10 eine weitere metallische Lage 21 in Form eines Glattbleches aufweist, die zwischen dem Kurbelgehäuse 1, 3 und der metallischen Lage 11 angeordnet ist. Hier wie in den nachfolgenden Beispielen der Figurengruppe 2, die mindestens einen eigenen konvex erhöhten Bereich 23 aufweisen, also in sämtlichen Figuren der Figurengruppe 2 mit Ausnahme der Figuren 2E und 2F, ist diese Dichtkonstruktion in Form einer Omegaprägung ausgeführt.
Figur 2C zeigt eine weitere erfindungsgemäße Flachdichtung 10, die so wie die Flachdichtung in Figur 2A ausgestaltet ist. Im Unterschied zu Figur 2A weist die metallische Lage 11 jedoch an der ersten Oberfläche 12 lediglich einen einzigen Bereich 23 auf, der eine Überhöhung mit einer Profilierung 16 mit nunmehr vier Erhebungen und drei Vertiefungen auf der ersten Oberfläche 12 aufweist. Auf der dem ersten Bereich 23 der ersten Oberfläche 12 gegenüber- liegenden zweiten Bereich 15, d.h. auf der zweiten Oberfläche 13 weist die metallische Lage 11 eine konkave Vertiefung bzw. einen Einzug auf. Die Gesamtbreite BS des konvex überhöhten Bereichs 23 beträgt 900 μιη, die Breite BP einer Erhebung wie schon zuvor ungefähr 120 μιη. Die Höhe HS des konvex überhöhten Bereichs beträgt 120 μιη, die Höhe H einer Erhebung relativ zu einer benachbarten Vertiefung 50 μιη.
Figur 2D zeigt eine weitere erfindungsgemäße Flachdichtung 10 entsprechend derjenigen in Figur 2A. Zusätzlich jedoch weist der Bereich zwischen den beiden zweiten Bereichen 15a und 15b, d. h. im Steg 30 als drittem, zumindest einem zweiten Bereich seitlich benachbartem Bereich, eine zweite Profilierung 19 mit drei Erhebungen 27 und zwei Vertiefungen 28, von denen jeweils nur eine mit einem eigenen Bezugszeichen versehen ist, auf. Die Profilierung 19 ist senkrecht zur Lagenebene der metallischen Lage 11 gesehen benachbart zu den Profilierungen 16a und 16b bzw. zwischen diesen angeordnet. Der profilierte Steg 30 erhöht die Pressung der metallischen Lage 11 auf die Laufbuchse 3 weiter und führt zu einer weiter verbesserten Abdichtung. Den Profi- lierungen 16a, 16b, 19 liegt auf der jeweils gegenüberliegenden Oberfläche der metallischen Lage 11 jeweils ein nicht-profilierter Bereich gegenüber.
Figur 2E zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flach- dichtung ähnlich derjenigen in Figur 2C und entsprechend der zweiten Variante der vorliegenden Erfindung. Im Unterschied zur Figur 2C ist nunmehr die zweite Oberfläche 13 der metallischen Lage 11 glatt ausgeführt. Weiterhin weist die Laufbuchse 3 im Bereich des ersten Bereiches 14, d.h. dem ersten Bereich 14 gegenüberliegend und senkrecht auf die Lagenebene, i. e. senk- recht zu der neutralen Faser, der metallischen Lage 11 betrachtet unterhalb des Bereiches 14, eine Überhöhung 25 mit einer Höhe von ca. 100 μιη auf, die beim Verbau zusätzlich zu einer Pressungserhöhung zwischen der Lage 11 und dem Zylinderkopf 2 führt. Weiterhin weist der Zylinderkopf an entsprechender Stelle, d.h. dem Bereich 14 gegenüberliegend, eine Vertiefung 24 auf, so dass insgesamt die metallische Lage 11 im Bereich 14 zwischen der Überhöhung 25 und der Vertiefung 24 mit einer Tiefe von ca. 80 μιη verspannt wird. Hierbei wird beim Verbau ein konvex überhöhter Bereich geformt, so dass der erste Bereich 14 beim Verbau in einen konvex überhöhten Bereich überführt wird, wie er in den anderen Ausführungsbeispielen gezeigt ist. Die Profilierung 16 bleibt dabei weitestgehend erhalten.
Figur 2F stellt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flachdichtung vergleichbar derjenigen in Figur 2E dar. Hier ist die Überhöhung 25 der Laufbuchse 3 mit 300 μιη gegenüber der Überhöhung 25 der Laufbuchse 3 der Figur 2E jedoch deutlich höher, während die Dicke der Flachdichtung 10 wiederum 1 mm beträgt. Eine Vertiefung 24 ist hingegen im Zylinderkopf 2 nicht vorhanden. Bei geeignet gewählter Steifigkeit der Bauteile 1, 2, 3 und des Blechmaterials der Dichtungslage(n) ist allein eine Überhöhung 25 ausreichend, um beim Verbau einen konvex überhöhten ersten Bereich zu erzeu- gen. Sowohl in Figur 2E als auch in Figur 2F beträgt die Höhe der Erhebungen
17 gegenüber den Vertiefungen 18 ungefähr 40 μιη.
Figur 2G zeigt eine weitere erfindungsgemäße Flachdichtung 10 entsprechend der ersten Variante der Erfindung, die derjenigen in Figur 2C entspricht. Zu- sätzlich zu dem konkaven zweiten Bereich 15, der gegenüber dem konvex überhöhten Bereich 23 angeordnet ist, ist nunmehr in Aufsicht auf die Lagen- ebene der metallischen Lage 11 betrachtet in der zweiten Oberfläche 13 und beidseitig benachbart zu dem glatten zweiten Bereich 15 in der zweiten Oberfläche 13 jeweils ein dritter Bereich 29a, 29b mit zweiten Profilierungen 19a und 19b vorgesehen. Diese Profilierungen 19a, 19b sind lediglich in der zwei- ten Seite 13 vorgesehen, während auf der gegenüberliegenden ersten Seite
12 im Bereich benachbart der Profilierung 16 die Oberfläche plan gestaltet ist. Die Profilierungen 19a, 19b liegen somit nicht unmittelbar gegenüber dem konvex überhöhten ersten Bereich 23 mit seiner Profilierung 16, sondern seitlich versetzt außerhalb des zweiten Bereichs 15.
Figur 2H zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flachdichtung 10, die bezüglich der Profilierung 19 beidseitig benachbart zum zweiten Bereich 15 überwiegend derjenigen in Figur 2G entspricht. Im Unterschied zu Figur 2G ist jedoch der erste Bereich 23 ebenso wie der zweite Bereich 15 zweifach als erste Bereiche 23a und 23b bzw. zweite Bereiche 15a und 15b vorhanden, während zwischen den Bereichen 15a und 15b ein Steg 30 in der zweiten Oberfläche 13 vorgesehen ist. Dieser Steg 30 ist nicht profiliert.
Figur 21 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Flachdichtung 10 entsprechend derjenigen in Figur 2H. Im Unterschied zu Figur 2H ist nunmehr jedoch auch der zwischen den Bereichen 15a und 15b in der zweiten Lage 13 vorgesehene Steg 30 profiliert und bildet somit einen dritten Bereich 29b aus. Sämtliche Profilierungen 16a, 16b, 19a, 19b, 19c weisen hier drei Erhebungen auf, die durch zwei Vertiefungen voneinander getrennt sind. Auch hier sind die Profi- lierungen 16a, 16b der ersten Oberfläche 12 in radialer Richtung (bezogen auf die Brennraumöffnung 4) gegenüber den Profilierungen 19a, 19b, 19c der zweiten Oberfläche 13, d.h. der dritten Bereiche 29a, 29b, 29c, versetzt. Auf Bezugszeichen für die Vertiefungen und Erhebungen wurde hier zugunsten der Übersichtlichkeit verzichtet.
Figur 2J zeigt eine weitere erfindungsgemäße Flachdichtung 10 entsprechend derjenigen in Figur 2H. Im Unterschied zu Figur 2H ist jedoch die zweite Oberfläche 13 an keiner Stelle profiliert. Zusätzlich ist eine verkürzte weitere Dichtungslage 21 vorgesehen, die sich über die erste Lage 11 erstreckt und auf der von der Durchgangsöffnung 4 abgewandten Seite des konvex überhöhten ersten Bereichs 23 bis an diesen konvex überhöhten Bereich 23b heranreicht. Figur 3 zeigt nun in Schrägansicht jeweils einen Ausschnitt weiterer erfindungsgemäßer Flachdichtungen 10. Die Flachdichtung in Figur 3A ist ähnlich derjenigen der Figur 5 des Standes der Technik ausgebildet. Allerdings sind anstelle der Sicken 26 mit relativ flachen Sickenschenkeln nun im Querschnitt durch die Lage omegaförmige Prägungen mit überhöhten ersten Bereichen 23a und 23b vorhanden, die wesentlich steiler abfallende Flanken aufweisen. Zudem ist nun die erste Oberfläche 12 im Dach dieser Omegaprägungen mit drei Erhebungen 17, 17' und 17" bzw. 17b, 17b' und 17b" und zwei dazwi- schenliegenden Vertiefungen 18, 18' bzw. 18b, 18b' profiliert. Auf der gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 13 finden sich keine derartigen Profilierungen.
Figur 3B zeigt eine weitere erfindungsgemäße Flachdichtung 10, bei der nur ein konvex überhöhter erster Bereich 23 vorhanden ist, der entlang einer
Durchgangsöffnung 4 mäandriert. Der konvex überhöhte Bereich 23 ist ähnlich den Sicken 26 des Stands der Technik ausgeführt. Ungefähr mittig auf der Dachfläche des konvex überhöhten Bereiches 23 verlaufen drei Erhebungen 17, 17', 17", zwischen denen zwei Vertiefungen 18, 18' angeordnet sind. So- wohl die Erhebungen als auch die Vertiefungen mäandrieren mit dem Sickendach. Zur Abdichtung von z.B. Kühl- oder Schmiermitteldurchgangsöffnungen weist die Flachdichtung 10 eine Anspritzung 22 auf. Wieder ist eine elastome- re angespritzte Dichtung 22 vorgesehen. Figur 3C zeigt eine weitere erfindungsgemäße Flachdichtung 10 entsprechend der in Figur 3A gezeigten Flachdichtung. Zusätzlich zu der ersten Lage 11 ist hier ein Glattblech als weitere Lage 21 zwischen der ersten Lage 11 und einem nicht dargestellten Kurbelgehäuse bzw. einer nicht dargestellten Laufbuchse angeordnet.
Figur 3D zeigt eine weitere erfindungsgemäße Flachdichtung 10. Sie entspricht abgesehen vom Fehlen einer Anspritzung 22 weitestgehend derjenigen der Figur 3C, wobei die Flachdichtung 10 der Figur 3D gegenüber derjenigen der Figur 3C jedoch umgekehrt ist, d.h. die Glattblechlage 21 ist nun dem hier nicht dargestellten oben liegenden angrenzenden Bauteil zugewandt, während die Profilierungen 16a, 16b zum unten liegenden angrenzenden Bauteil zeigen.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt eines Querschnitts einer Dichtungslage 11. Im links gezeigten konvex über die Oberfläche 11 überhöhten ersten Bereich 23a ist eine Profilierung 16a in die Dichtungslage 11 eingebracht, die drei Erhebungen 17a°, 17a* und 17a° aufweist, zwischen diesen Erhebungen liegen zwei Vertiefungen 18a. Relativ zu den beiden Vertiefungen 18a weisen die beiden endständigen Erhebungen 17a° mit ungefähr 30 μιη eine geringere Höhe H als die mittlere Erhebung 17a* mit 40 μιη auf. Der konvex überhöhte Bereich ist hier spiegelsymmetrisch zur Mittellinie durch die Erhebung 17a* ausgebildet. Die Gesamtbreite des konvex überhöhten Bereiches beträgt ca. 950 μιη. Diese verteilen sich auf halber Höhe zwischen dem Maximum der Erhebung 17a* und Minimum einer Vertiefung 18a ungefähr auf je 50 μιη pro Vertiefung 18a, je 300 μιη pro Erhebung 17a° und 250 μιη auf die Erhebung 17a*.
Im rechts in Figur 4 gezeigten konvex über die Oberfläche 11 überhöhten Bereich 23b ist eine etwas anders gestaltete Profilierung 16b in die Dichtungslage 11 eingebracht. Hier liegen drei Vertiefungen 18b zwischen vier Erhebungen 17b°, 17b*, 17b*, 17b°. Wiederum sind die endständigen Erhebungen 17b° weniger hoch als die zentral liegenden Erhebungen 17b*. Hier betragen die Höhen relativ zu den Vertiefungen 18b 35 bzw. 50 μιη. Die Gesamtbreite des konvex überhöhten Bereichs 23b beträgt ungefähr 1250 μιη, wiederum sind die Vertiefungen 18b ca. 50 μιη, die Erhebungen 17b° ca. 300 μιη und die Erhebungen 17b* ca. 250 μιη breit. Die Breitenmessungen erfolgen wieder auf halber Höhe zwischen dem Minimum einer Vertiefung und dem Maximum der Erhebungen, d.h. dem Maximum der Erhebungen 17b*.
Figur 4 zeigt Profilierungen mit unterschiedlich hohen Erhebungen und unterschiedlich tiefen Vertiefungen am Beispiel von ersten Profilierungen 16a, 16b. Ebenso ist es möglich, eine zweite Profilierung 19 mit unterschiedlich hohe Erhebungen und/oder unterschiedlich tiefen Vertiefungen auszuführen.

Claims

Patentansprüche
Flachdichtung (10) zur Abdichtung zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen eines Kurbelgehäuses (1) und eines Zylinderkopfs (2) eines Verbrennungsmotors längs einer die gesamte Flachdichtung (10) durchbrechenden Durchgangsöffnung (4),
mit einer ersten metallischen Lage (11) mit einer ersten Seite mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Seite mit einer zweiten Oberfläche (12, 13) und mindestens einem ersten, auf der ersten Seite um die Durchgangsöffnung (4) umlaufenden Bereich (14),
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Bereich (14) auf der ersten Oberfläche (12) eine erste, in die erste Oberfläche (12) eingeformte Profilierung (16) aufweist, die sich auf dem ersten Bereich (14) um die Durchgangsöffnung (4) umlaufend erstreckt, und
die erste Profilierung (16) quer zur ihrer Erstreckungsrichtung abwechselnd sich mindestens einmal wiederholende Erhebungen (17) und zwischen jeweils zwei benachbarten Erhebungen (17) jeweils eine Vertiefung (18) aufweist.
Flachdichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Bereich (23) konvex überhöht ist.
Flachdichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberfläche (13) in einem dem ersten Bereich (14, 23) gegenüberliegenden zweiten Bereich (15) keine Profilierung mit Erhebungen und/oder Vertiefungen, insbesondere keine Profilierung mit Erhebungen und/oder Vertiefungen gleicher Dimensionen wie die erste Profilierung (16) aufweist.
Flachdichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Oberfläche (13) in mindestens einem dritten Bereich (29), der zu mindestens einem dem ersten Bereich (14, 23) gegenüberliegenden in der zweiten Oberfläche angeordneten zweiten Bereich (15) unmittelbar oder mittelbar benachbart ist, insbesondere in einem zwischen zwei verschiedenen zweiten Bereichen (15a, 15b) angeordneten dritten Bereich (29), eine zweite, in die zweite Oberfläche eingeformte Profilierung (19) mit Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweist, die sich um die Durchgangsöffnung (4) umlaufend erstreckt.
Flachdichtung (10) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Profilierung (19) quer zur Er- streckungsrichtung abwechselnd sich mindestens einmal wiederholende Erhebungen (27) und zwischen jeweils zwei benachbarten Erhebungen (27) jeweils eine Vertiefung (28) aufweist,
wobei die zweite Profilierung (19) und/oder die erste Profilierung (16) gleiche oder unterschiedliche Strukturen aufweisen können.
Flachdichtung (10) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe bzw. Tiefe der Erhebungen (27) bzw. Vertiefungen (28) der zweiten Profilierung (19) geringer ist als die Höhe bzw. Tiefe der Erhebungen (17) bzw. Vertiefungen (18) der ersten Profilierung (16).
Flachdichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (17*) der ersten Profilierung (16), die mittig in dem ersten Bereich (14, 23) angeordnet ist oder der Erhebungen (17*) der ersten Profilierung (16), die beidseitig zur Mitte des ersten Bereichs (14, 23) mit geringstem Abstand zu dieser Mitte angeordnet sind, höher sind als eine, mehrere oder sämtliche ihrer benachbarten Erhebungen (17').
Flachdichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung der zweiten Profilierung (16), die mittig in dem dritten Bereich (29) angeordnet ist oder der Erhebungen der zweiten Profilierung (19), die beidseitig zur Mitte des dritten Bereichs (29) mit geringstem Abstand zu dieser Mitte angeordnet sind, höher sind als eine, mehrere oder sämtliche ihrer benachbar- ten Erhebungen .
9. Flachdichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Lagenstärke D der metallischen Lage (11) im ersten Bereich (14, 23) und für die Höhe H zwischen der Erhebung (17) und der benachbarten Vertiefung (18) gilt D > H, vorteil- hafterweise D > 8H, vorteilhafterweise D > 12H.
10. Flachdichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass H < 0,25 mm, vorteilhafterweise H < 0,15 mm.
11. Flachdichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Breite BP einer Erhebung (17) und/oder einer Vertiefung (18) BP < 700 μιη, vorteilhafterweise BP < 500 μιη, vorteilhafterweise BP < 400 μιη, und/oder BP > 100 μιη, vorteilhafterweise BP > 150 μιη beträgt.
12. Flachdichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die Breite BS des ersten konvex überhöhten Bereichs (23) BS > 0,6 mm, vorteilhafterweise BS > 0,8 mm, und/oder die Überhöhung HS des ersten Bereichs (14, 23) HS > 0,07 mm, vorteilhafterweise HS > 0,10 mm beträgt.
13. Flachdichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Profilierung (16,
19) sich weitgehend parallel zur Erstreckungsrichtung des ersten Bereichs (14, 23) erstreckt.
14. Flachdichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine oder mehrere weitere metallische Lagen (21), die der ersten metallischen Lage (11) benachbart angeordnet sind. Flachdichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und/oder dritte Bereich (15, 29) konvex geformt ist.
Flachdichtung (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die erste metallische Lage (11) im ersten, zweiten und/oder dritten Bereich (23, 15, 29) als Sicke ausgebildet ist.
Flachdichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste metallische Lage (11) aus C-Stahl oder aus einem nicht federharten Edelstahl besteht oder diesen enthält.
Verbrennungsmotor mit einem Kurbelgehäuse (1), einem Zylinderkopf (2) und einer Flachdichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachdichtung (10) zwischen dem Kurbelgehäuse (1) und dem Zylinderkopf (2) angeordnet ist, wobei sie mit der ersten Oberfläche (12) zum Zylinderkopf (2) und mit der zweiten Oberfläche (13) zum Kurbelgehäuse (1) zeigt.
Verbrennungsmotor nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuse (1) mindestens eine Laufbuchse (3) aufweist und der erste Bereich (14, 23) der metallischen Lage (11) bei Projektion in eine gemeinsame Ebene im Bereich der Laufbuchse (3) und/oder benachbart zu der Laufbuchse (3) angeordnet ist.
Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuse (1) mindestens eine Laufbuchse (3) aufweist, die einen Bereich (25) aufweist, der benachbart und parallel zu dem ersten Bereich um die Durchgangsöffnung (4) umläuft und gegenüber den radial nach innen und/oder nach außen anschließenden Bereichen der Oberfläche des Kurbelgehäuses (1) überwölbt ist.
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