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Flachdichtung Die Erfindung bezieht sich auf Flachdichtungen zur Abdichtung
von Maschinenteilen bzw. Gruppen von Maschinenteilen, an denen außer der Dichtfläche
eng tolerierte Paß-, Sitz-, Lauf- oder, ähnliche Flächen vorgesehen sind und die
beim Zusammenbau oder Betrieb Kräften ausgesetzt sind, welche diese Flächen aus
ihrer Soll-Form verziehen. Eine Gruppe solcher Maschinenteile wird beispielsweise
in Kolbenmaschinen gebildet durch den Zylinderblock, den Zylinderkopf, die dazwischenliegende
Zylinderkopfdichtung und die diese Teile spannenden Schrauben. und Muttern sowie
gegebenenfalls eingesetzte Zylinderlaufbüchsen.
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Bei Kolbenmaschinen ist eine sorgfältige Bemessung der Kolbenspiele
wesentlich zur Beherrschung der Schmierverhältnisse an den Zylinderlaufbahnen. Hierzu
gehört unter anderem eine genau bearbeitete Zylinderlauffläche. Aber die sorgfältigste
Bearbeitung ist wirkungslos, wenn die Lauffläche sich beim Zusammenbau bzw. während
des Motorbetriebes verzieht. Derartige Verzüge können durch mechanische Verspannung,
ungleichmäßige Wärmedehnung und andere Ursachen zustande kommen. Wenn sie eine bestimmte,
dem Fachmann bekannte Größenordnung übersteigen, wirken sie sich in einer Erhöhung
sowohl des Ölverbrauchs der Maschine als auch des Kolbenring-und Zylinderverschleißes
aus. Man begegnet der Neigung zu derartigen Verzügen durch eine möglichst verformungssteife
Ausbildung der Zylinder und der diese umgebenden Teile, doch sind der Steifheit
dieser Teile bei neuzeitlichen Motorkonstruktionen Grenzen gesetzt durch die Forderung
leichter Bauweise und hoher Leistungsausbeute.
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Es ist nun bekannt, daß die Verzüge innerhalb der Zylindergruppe durch
die Ausbildung der Zylinderkopfdichtung beeinflußt werden können. So wurde schon
früher erkannt, daß örtliche Aussparungen in der Zylinderkopfdichtung geeignet sind,
die Verteilung der Pressung über die Dichtfläche und damit die Verformung der umgebenden
Teile zu verändern. Ferner wurde schon früher allgemein beobachtet, daß eine metallische
Einfassung zum Schutz der Brennraumdurchgänge von ganz oder zu einem wesentlichen
Teil aus Weichstoff bestehenden Zylinderkopfdichtungen infolge der hierbei auftretenden
erhöhten Kantenpressung der Zylinderrohre oft zusätzliche Biegemomente in die umgebenden
Teile bringt, welche die Zylinderlaufbahnen zusätzlich verformen. Um diese örtliche
Erhöhung der Kantenpressung hintanzuhalten, hat man verschiedene Wege beschritten,
z. B.: a) Man versucht, ohne metallische Einfassungen auszukommen.
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b) Man verringert den die T,'antenpressung erhöhenden Einfluß der
Einfassungen dadurch, daß man deren Volumen möglichst klein hält, z. B. durch möglichst
dünnwandige Ausbildung der Einfassungen, Aussparungen in diesen usw.
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c) Man unterwirft die Einfassungen nach dem Einziehen in die Dichtung
einer Vorpressung, um zu erreichen, daß die damit erzielte Verformungscharakteristik
der Dichtung beim Einbau in den Motor die vorerwähnte zusätzliche Kantenpressung
nicht entstehen läßt.
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d) Man baut in die Weichstoffpartien an verschiedenen Stellen zusätzliche
Elemente ein, welche eine von den nicht eingefaßten Bereichen der Dichtung abweichende,
vorzugsweise den metallisch eingefaßten Bereichen ähnliche Verformungscharakteristik
besitzen, derart, daß die eingefußten Durchgangskanten von der zusätzlichen Pressung
entlastet werden.
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Alle diese Maßnahmen sind aber nicht immer durchführbar oder erfolgreich,
ganz abgesehen davon, daß sie oft die Abdichtqualität oder die Standfestigkeit der
Dichtung beeinträchtigen. Zylinderkopfdichtungen mit einem wesentlichen Weichstoffanteil
ganz ohne metallische Einfassung von Durchgängen werder unter höheren Motorbeanspruchungen
zerstört. Di Haltbarkeit dünnwandiger oder ausgesparter Einfasungen .ist gering.
Das Zurückpressen eingefaßfr Weichstoffpartien ist fertigungsmäßig schwierig, Ea
das. Ausmaß des Zurückpressens sehr genau doc:rt werden muß, wenn gleichzeitig der
nötige Kan'-'1-ischutz der Durchgänge der Dichtung und die erfo!erliche Abdich.tqualität
der zurückgepreßten Zone@gewährleistet werden soll. Der Einbau zusätzliche="#lemente
in die Dichtung ist ebenfalls schwierieeil deren Dicke, Härte und Lage zur Erzielung2ner
brauchbaren Wirkung sehr genau auf die 'ecke,
Größe, Verformungscharakteristik
und gegenseitige Lage der eingefaßten Partien abgestimmt werden muß. Daher sind
derartige Dichtungsbauarten, besonders wenn es sich um Mehrzy linderdichtungen handelt,
kostspielig und auch wegen der Notwendigkeit sehr genau einzuhaltender Einbauvorschriften
bei den Verbrauchern wenig beliebt.
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Es ist ferner bekanntgeworden, Dichtungen abschnittweise vorzupressen,
um an Stellen mit konstruktionsbedingt unzureichender Pressung eine über den Durchschnitt
der Dichtungsfläche hinausgehende Verformbarkeit zu behalten. Wenn diese Maßnahme
auch bei den in der Praxis bekanntgewordenen Fällen mit dem alleinigen Ziel vorgenommen
wurde, die Abdichtqualität zu verbessern, so wäre es doch denkbar, sie auch zum
Beeinflussen der Verformung der Zylindergruppe mit dem Ziel einer Verringerung des
Laufbahnverzuges heranzuziehen. An derartigen örtlich vorgepreßten Dichtungen liegt
zwar eine örtlich verschiedene Verforinungscharakteristik vor, aber die notwendige
genaue Abstimmung der Verformungscharakteristiken der verschiedenen Zonen aufeinander
ist bei abschnittweisem Vorpressen um so schwieriger, je verformungsempfindlicber
der Motor ist, abgesehen davon, daß an Stellen des Überganges zwischen vorgepreßten
und nicht vorgepreßten oder zwischen verschieden stark vorgepreßten Zonen stets.
eine örtliche Verschlechterung der Abdichtqualität festzustellen ist.
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Weiterhin muß erwähnt werden, daß die Verforinung der umgebenden Teile
durch örtliche Hart- oder Weichstoffbeilagen auf oder in der Dichtung verändert
werden kann, wie dies gleichfalls schon verschiedentlich durchgeführt wurde. Auch
in diesem Fall muß eine örtliche Verschlechterung der Abdichtqualität in Kauf genommen
werden.
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Endlich ist ein Dichtungsring aus Weichstoff bekanntgeworden, dessen
Innenzone durch Anreicherung von Härtemitteln u. dgl. härter ist als die Randzone.
Wenn auch hierbei als Innenzone die Umgebung der axialen Mittelebene und als Randzone
die Nachbarschaft der Dichtflächen aufgefaßt wird, so wird doch die Möglichkeit
einer allmählichen unterschiedlichen Ausbildung der Elastizität in axialer Richtung
nicht ausgeschlossen. Hierbei ist jedoch nicht die Absicht verwirklicht, irgendwelchen
Verzügen entgegenzuwirken, um so mehr, als es sich um eine ringförmige Dichtung
mit völlig ochsensymmetrischer Ausbildung handelt.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine Beeinflussung
des Verformungsverhaltens der die Dichtung umgebenden Bauteile vorteilhaft dadurch
möglich ist, daß man der Dichtung eine von Ort zu Ort in stetiger Weise unterschiedliche
Verformungscharakteristik verleiht. Man kann sie auf verschiedenste Weise herstellen,
wofür als Beispiele folgende Möglichkeiten angeführt seien:
hergestellte Dichtung wird nachträglich mittels eines Stempels mit von Punkt zu
Punkt stetig unterschiedlicher Eindringtiefe vorgepreßt, derart, daß als Ergebnis
eine Dichtung mit von Punkt zu Punkt stetig unterschiedlicher Dicke entsteht.
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Auch die auf diese Weise in örtlich unterschiedlichem Ausmaß vorverformte
Dichtung kann in einem zweiten Schritt wieder ebengepreßt werden. Denn es wurde
auch erkannt, daß die Verformungscharakteristik eines Weichstoffdichtungsabschnittes
verschieden ist, je nachdem, ob. die Vorverformung in einem Schritt oder in mehreren
unter sich gleichen Schritten oder in mehreren Schritten unterschiedlichen Ausmaßes
erfolgt ist. Auch auf diese Weise ist also die Herstellung einer Dichtung gleicher
Dicke möglich, in welcher der Weichstoff eine von Ort zu Ort unterschiedliche Verformungscharakteristik
besitzt.
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c) Zur Herstellung der Dichtungen werden Weichstoffplatten von gleichmäßiger
Dicke verwendet oder -schichten gleichmäßiger Dicke aufgebracht, und die mit gleicher
Dicke hergestellte Dichtung wird nachträglich mit einer die Verformbarkeit beeinflussenden
Tränkung versehen, wobei dafür gesorgt wird, daß die Tränkmittelaufnahme der Dichtung
von Ort zu Ort prozentual verschieden hoch ist.
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d) Zur Herstellung der Dichtungen werden Weichstoffplatten von gleichmäßiger
Dicke verwendet oder -schichten gleichmäßiger Dicke aufgebracht, und die mit gleicher
Dicke hergestellte Dichtung wird nachträglich einer die Verformbarkeit beeinflussenden
Wärmebehandlung unterworfen, wobei dafür gesorgt wird, daß die von der Dichtung
erreichte Temperatur oder deren Einwirkungsdauer von Punkt zu Punkt verschieden
hoch ist.
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Die vorstehend unter (a) bis (d) angeführten Beispiele können durch
zahlreiche andere Möglichkeiten zur stetig unterschiedlichen Beeinflussung der Verformungscharakteristik
ergänzt werden. Sie können jedes für sich oder auch in beliebiger Kombination untereinander
oder mit anderen bekannten Maßnahmen zur Beeinflussung des Verzuges innerhalb der
umgebenden Teile auf der ganzen Dichtung oder an einzelnen Zonen derselben angewendet
werden, sofern das Erfindungsmerkmal der von Punkt zu Punkt stetig unterschiedlichen
Verformungscharakteristik einer ganz oder zu einem wesentlichen Teil aus Weichstoff
bestehenden Dichtung vorhanden ist.
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Über die Art und Richtung der Veränderlichkeit werden keine bestimmten
Vorbehalte gemacht. Diese richten sich. nach den jeweils vorhandenen bzw. angestrebten
Motorverhältnissen, und ihre zweckmäßige Ausbildung muß von Fall zu Fall durch Berechnung,
Messung oder Versuch ermittelt werden. So fand sich, daß bei verschiedenen Motormustern
eine ganz verschiedene Tendenz der stetigen Unterschiedlichkeit der Verformungscharakteristik
zum gewünschten Erfolg führte, und zwar bei einem Beispiel eine muldenförmige Ausbildung
der Zylinderkopfdichtung mit einer gegenüber dem Dichtungsrand um wenige hundertstel
Millimeter dünneren Mittelpartie, bei einem anderen Beispiel gerade das Umgekehrte,
nämlich eine in den Mittelpartien gegenüber dem Außenrand eine um wenige hundertstel
Millimeter dickere Dichtung, wieder in einem anderen Fall eine mehr oder weniger
wellenförmige Ausbildung der Dichtungsdicke. In einem Fall bewährte sich eine Dichtung
mit einem einseitig verlagerten Maximum der Tränkmittelaufnahme, in einem anderen
eine Dichtung finit örtlich
verschiedener Wärmebehandlung. Auch
sei darauf hingewiesen, daß der durch die Dichtung beeinflußte Zylinderlaufbahnverzug
nicht immer dann am günstigten liegt, wenn am kalten und stehenden Motor ein Kleinstwert
des Verzuges gemessen wird, sondern daß maßgebend dasjenige Kolbenspiel ist, welches
sich im Betriebszustand des Motors einstellt. Auf die Hilfsmittel, die zu dessen
Feststellung zur Verfügung stehen, braucht in diesem Zusammenhang nicht näher eingegangen
zu werden.
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Schließlich ist noch darauf hinzuweisen, daß auch andere Verzüge als
an Zylinderlaufbahnen, nämlich z. B. an Dichtstellen, Lagerstellen, Ventilsitzen,
Paßstellen usw., durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Zylinderkopfdichtung
beeinflußt werden können und daß der grundsätzliche Erfindungsgedanke der Beeinflussung
der Verformungen und Verzüge von Maschinenteilen durch eine ganz oder zu einem wesentlichen
Teil aus Weichstoff bestehende Dichtung mit von Punkt zu Punkt stetig unterschiedlicher
Verformungscharakteristik auch an anderen Dichtstellen als der Verbindung zwischen
Zylinderblöcken und Zylinderköpfen von Kolbenmaschinen anwendbar ist. Meist bedarf
es dabei einer sorgfältig abgestimmten Verteilung der Pressung über die Dichtfläche,
um einerseits die störenden Verformungen in den gewünschten oder zulässigen Grenzen
zu halten und andererseits die Abdichtgüte an keiner Stelle zu beeinträchtigen.