DE10125091A1

DE10125091A1 - Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung

Info

Publication number: DE10125091A1
Application number: DE2001125091
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Wagner; Ralf Flemming
Original assignee: FEDERAL MOGUL SEALING SYS SpA; Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Current assignee: FEDERAL MOGUL SEALING SYS SpA; Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-12-12

Abstract

Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen, die aufgrund der Materialpaarung der abzudichtenden Bauteile und der Flachdichtung, insbesondere der Zylinderkopfdichtung, eine hohe Potentialdifferenz aufweisen, beinhaltend mindestens eine, insbesondere aus Federstahl bestehende metallische Funktionslage, die in Wirkverbindung mit einem den Potentialunterschied der Materialien reduzierenden Isolator steht, wobei die Flachdichtung, insbesondere die Zylinderkopfdichtung, zumindest im Bereich eines der abzudichtenden Bauteile mit einem eine Schutzlage bildenden flächenförmig ausgebildeten Isolator versehen ist, der zumindest im Bereich der umlaufenden äußeren Schnittkanten der Funktionslage mit einem Abschirmelement versehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen, die aufgrund der Materialpaarung der abzudichtenden Bauteile und der Flachdichtung, insbesondere der Zylinderkopfdichtung, eine hohe Potentialdifferenz aufweisen, beinhaltend mindestens eine, insbesondere aus Federstahlblech bestehende metallische Funktionslage, die in Wirkverbindung mit einem den Potentialunterschied der Materialien reduzierenden Isolator steht.

In der EP-A 0756114 ist eine Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen beschrieben, die mehrere Funktionslagen beinhaltet. Diese Zylinderkopfdichtung weist eine umlaufende Elastomerschicht auf, wobei die Schraubenlöcher freigelassen und die Flüssigkeitsdurchtritte vollständig umschlossen sind. Eine solche Zylinderkopfdichtung ist geeignet, um insbesondere bei Brennkraftmaschinen, die im Bereich des Zylinderkopfes sowie des Kurbelgehäuses etwa gleichartige Materialien aufweisen sicher abzudichten, zumal hier das Thema Potentialdifferenz eher nicht gegeben ist.

Im Hinblick darauf, dass auch im Bereich der Brennkraftmaschine weiterhin versucht wird, Gewicht einzusparen, kommen seit Jahren Leichtmetallmotoren zum Einsatz, wobei im wesentlichen Aluminium oder Aluminiumlegierungen zum Einsatz gelangen. Insbesondere Leichtmetall-Kurbelgehäuse aus Aluminiumlegierungen führen zu verringerten Bauteilsteifigkeiten, höheren thermischen Dehnungen und teilweise zu gießtechnisch bedingten Porositäten an der Dichtfläche. Durch Einsatz mehrerer Funktionslagen sowie ggf. zusätzlicher Decklagen in Verbindung mit zumindest partiellen Elastomer-Schichtdickenerhöhungen kann auf seiten der Zylinderkopfdichtung hier eine gute Anpassung an diese negativen Gegebenheiten erzielt werden.

Neben den heute verwendeten Aluminiumlegierungen ist zukünftig auch verstärkt mit Magnesiumlegierungen, insbesondere als Kurbelgehäusewerkstoff, zu rechnen. Der erhebliche Potentialunterschied in der elektrochemischen Spannungsreihe zwischen der Magnesiumlegierung und dem in der Zylinderkopfdichtung üblicherweise verwendeten Federstahl erfordert bei Metall-Lagendichtungen besondere Maßnahmen zur Vermeidung von Kontaktkorrosion. Im Hinblick darauf, dass Aluminium normalerweise mit einer Oxidhaut versehen ist, stellt dieser Werkstoff nicht das Problem dar. Magnesium hat im Vergleich zu Aluminium eine deutlich höhere Kontakt- Korrosionsneigung. Beim Einsatz von Magnesiumlegierungen für Kurbelgehäuse oder Zylinderköpfe steht die Zylinderkopfdichtung in elektrisch leitender Verbindung mit dem abzudichtenden Bauteil, da schon nach kurzer Betriebszeit der Verbrennungskraftmaschine die bisher verwendete Elastomerbeschichtung verdrängt wird, so dass sich metallischer Kontakt der Dichtpartner einstellen kann.

In der Zeitschrift MTZ Motortechnische Zeitschrift 62 (2001) 1, Seiten 30 bis 35, sind Zylinderkopf-Dichtungskonzepte für zukünftige Motorgenerationen beschrieben. Dargelegt wird, dass im Hinblick auf die thermische und chemische Beanspruchung die zur Mikroabdichtung erforderlichen Elastomerbeschichtungen, respektive Elastomerabdichtbereiche, weiterhin härtesten Bedingungen ausgesetzt sind.

Angesprochen wird u. a. eine Beschichtung der Funktionslage mit einem Metall, das in der elektrochemischen Spannungsreihe zwischen Stahl und Magnesium liegt. Des weiteren ist eine elektrische Isolation durch Aufbringen einer harten Schicht auf das Deckblech einer Zylinderkopfdichtung dargelegt. Ferner kann bei mehrlagigen Dichtungen vorgesehen werden, die mit Sicken versehene Funktionslage nach innen zu verlegen. Hier werden bereits Hinweise gegeben, wie die Korrosionsreaktionen zwischen den zum Einsatz gelangenden Materialien besser gehandhabt werden können. Die in diesem Beitrag angesprochenen Isolatoren in Form von Beschichtungen bzw. glatten Aluminiumbeilagen reicht jedoch noch nicht aus, chemische Reaktionen im Bereich der Schnittkanten bzw. der Flüssigkeitsdurchtrittsöffnungen im Hinblick auf die angesprochenen Kontakt-Korrosionsreaktionen sicher schützen zu können.

Darauf aufbauend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtung, insbesondere eine Zylinderkopfdichtung für Brennkraftmaschinen dahingehend weiterzubilden, dass insbesondere bei Brennkraftmaschinen, die aufgrund der Materialpaarung, wie sie sich beispielsweise bei einem Zylinderkopf/Kurbelgehäuse und der Zylinderkopfdichtung darstellt eine hohe Potentialdifferenz zeigen, Korrosionsreaktionen in jedem Bereich der Flachdichtung, insbesondere der Zylinderkopfdichtung, so insbesondere auch im Außenbereich sowie den Flüssigkeitsdurchtritten, weitestgehend vermieden wird, um dadurch die Standzeit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Flachdichtung zumindest im Bereich eines der abzudichtenden Bauteile mit einem eine Schutzlage bildenden flächenartig ausgebildeten Isolator versehen ist, der zumindest im Bereich der umlaufenden äußeren Schnittkanten mit einem Abschirmelement versehen ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der zum Einsatz gelangende Isolator, gebildet durch die erfindungsgemäße Schutzlage, kann aus unterschiedlichen, die Potentialdifferenz reduzierenden Materialien, wie Aluminium, Kunststoff oder beschichteten Blechen gebildet sein. Die Schutzlage in Verbindung mit dem umlaufend ausgebildeten Abschirmelement verhindert sicher, dass insbesondere im Bereich der außen liegenden Schnittkanten Korrosionsreaktionen auftreten können. Aus diesem Grund können auch die bisher zum Einsatz gelangenden Federstähle als Materialien für Flachdichtungen, wie Zylinderkopfdichtungen, weiter verwendet werden können, unabhängig davon, ob die abzudichtenden Bauteile, wie Zylinderköpfe, Kurbelgehäuse oder dgl. aus Magnesium oder Magnesiumlegierungen erzeugt werden, die im Zusammenwirken mit Federstahl eine sehr hohe Potentialdifferenz erzeugen.

Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß werden weitere Schutzelemente, vorzugsweise im Bereich der Flüssigkeits- und/oder Schraubendurchgangslöcher, vorgesehen, um auf diese Weise auch hier der unerwünschten Korrosionsreaktion zwischen den einzelnen Materialien entgegenzuwirken.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen

Fig. 1-4 verschiedene Ausgestaltungsformen einer Zylinderkopfdichtung, beinhaltend einen Isolator

Fig. 1 zeigt als Prinzipskizze eine Zylinderkopfdichtung 1 für eine nicht weiter dargestellte Brennkraftmaschine. Die Zylinderkopfdichtung 1 beinhaltet mehrere Funktionslagen 2, 3, in diesem Beispiel bestehend aus Chrom-Nickel-Federstahl. In diesem Beispiel soll das Kurbelgehäuse aus einer Magnesiumlegierung bestehen, die, wie bereits angesprochen, im Zusammenwirken mit Federstahl eine sehr hohe Potentialdifferenz erzeugt. Zum Schutz des Magnesium-Kurbelgehäuses gegen Kontaktkorrosion kommt ein Isolator 4 zum Einsatz, der die Potentialdifferenz zwischen dem Magnesium-Kurbelgehäuse und den aus Federstahl bestehenden Funktionslagen 2, 3 reduziert. Der Isolator 4, gebildet durch eine Schutzlage, besteht in diesem Beispiel aus Aluminium. Angedeutet ist auch eines der Schraubendurchgangslöcher 5. Zum Schutz der nach außen weisenden Schnittkanten 6, 7 der Funktionslagen 2, 3 ist auf dem Isolator 4 ein umlaufender Rahmen 8 vorgesehen, der in diesem Beispiel aus Kunststoff entsprechender thermischer und chemischer Beständigkeit gebildet ist. Über geeignete Befestigungsmittel 9 ist der Rahmen 8 mit dem Isolator 4 fest verbunden. Der aus Aluminium bestehende Isolator 4 weist im Bereich der Schraubendurchgangslöcher 5 einen geprägten Bereich 5' auf, so dass auch hier Korrosionskontakt zwischen dem aus Magnesium bestehenden Kurbelgehäuse und den Funktionslagen 2, 3 respektive der angedeuteten Schnittstelle 7' sicher vermieden ist. Der Rahmen 8 kann bedarfsweise so ausgebildet werden, dass er aufgrund seiner geometrischen Gestaltung einen Verformungsbegrenzer für die Funktionslage(n) 2, 3 bildet.

Fig. 2 zeigt eine Alternative zu Fig. 1. Gleiche Bauteile werden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Erkennbar sind die Funktionslagen 2, 3 sowie der Isolator 4 und das Schraubendurchgangsloch 5. Hier soll der Isolator 4 aus einer tiefgezogenen Aluminiumlegierung gebildet sein, wobei einerseits die Erhebung 5' angeformt und andererseits das Abschirmelement 8' durch einen umgebördelten Bereich 9 gebildet wird. Das Abschirmelement 8' kann die gleiche Funktion, wie in Fig. 1 angesprochen, ausüben, nämlich als Verformungsbegrenzer für die Funktionslagen 2, 3 zu fungieren.

Fig. 3 zeigt eine weitere Alternative zu den Fig. 1 und 2. Gleiche Bauteile sind ebenfalls mit gleichen Bezugszeichen versehen. Erkennbar sind die Funktionslagen 2, 3, der Isolator 4 sowie das Schraubendurchgangsloch 5. In diesem Beispiel soll der Isolator 4 aus einem mit Kunststoff beschichteten, tiefgezogenen Blech gebildet sein. Im Außenbereich sind Sicken unterschiedlichster Form vorgesehen. Im oberen Teil der Fig. 3 ist eine Vollsicke 10 als Abschirmelement, im mittleren Teil eine Rechteck-Vollsicke 11 und im unteren Teil eine Rechteck-Halbsicke 12 angedeutet. Alle Sicken 10, 11, 12 bilden die bereits in den Fig. 1 und 2 angesprochenen Abschirmelemente.

Fig. 4 zeigt eine weitere Alternative zu den Fig. 1 bis 3. Der Isolator 4 soll in diesem Beispiel als aus Kunststoff bestehendes Spritzgußteil mit angeformten Erhebungen 8", 5" ausgebildet sein, wobei die Erhebung 8" das Abschirmelement sowie den Verformungsbegrenzer für die Funktionslagen 2, 3 bildet.

In allen Beispielen werden die Schnittkanten 6, 7, 7' der Federstahl-Funktionslagen 2, 3 abgeschirmt. Zusätzlich wird durch die Pressung im Schrauben- und Außenbereich das Eindringen von Elektrolyten infolge der Abschirmelemente 8, 8', 8", 10, 11, 12 sicher verhindert. Darüber hinaus dient der Isolator 4 im Bereich der Schraubendurchgänge 5 als Medium zur Verhinderung des Stromflusses über den Querschnitt der Funktionslagen 2, 3, respektive deren Schnittkanten 7'. Dadurch, dass die Abschirmelemente 8, 8', 8", 10, 11, 12 eine sogenannte Stopperfunktion für die Funktionslagen 2, 3 bilden, kann eine steilere Kennlinie erzeugt werden. Mit dem Erfindungsgegenstand ist eine Reduzierung der Bauteilbelastung Zylinderkopfdichtung 1/Kurbelgehäuse möglich, wobei auch eine Reduzierung der Schwingungsamplitude infolge der äußeren Abstützung im Bereich des Dichtspaltes gegeben ist.

Claims

1. Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung (1) für Brennkraftmaschinen, die aufgrund der Materialpaarung der abzudichtenden Bauteile und der Flachdichtung, insbesondere der Zylinderkopfdichtung (1) eine hohe Potentialdifferenz aufweisen, beinhaltend mindestens eine, insbesondere aus Federstahl bestehende metallische Funktionslage (2, 3), die in Wirkverbindung mit einem den Potentialunterschied der Materialien reduzierenden Isolator (4) steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachdichtung, insbesondere die Zylinderkopfdichtung (1), zumindest im Bereich eines der abzudichtenden Bauteile mit einem eine Schutzlage bildenden flächenförmig ausgebildeten Isolator (4) versehen ist, der zumindest im Bereich der umlaufenden äußeren Schnittkanten (6, 7) der Funktionslage (2, 3) mit einem Abschirmelement (8, 8', 8", 10, 11, 12) versehen ist.

2. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzlage (4) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.

3. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzlage (4) aus Kunststoff besteht.

4. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzlage (4) aus einem insbesondere mit Kunststoff beschichteten Blech besteht.

5. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (8) durch einen umlaufenden Rahmen gebildet ist.

6. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (8') durch einen angeformten bzw. umgebördelten Bereich (9) der Schutzlage (4) gebildet ist.

7. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (10, 11, 12) durch mindestens eine Sicke, wie eine Voll-, Halb-, Doppelhalb- oder Rechteck-Vollsicke ausgebildet ist.

8. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (10, 11, 12) durch Prägen der Schutzlage (4), gebildet ist.

9. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmelement (8, 8") durch Gießen der Schutzlage (4) wie Druckgießen, Formgießen oder Spritzgießen erzeugt ist.

10. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzlage (4) im Bereich von Flüssigkeits- und/oder Schraubendurchgangslöchern (5) mit weiteren Schutzelementen (5', 5") versehen ist.

11. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Schutzelemente (6, 6') durch An- bzw. Umformen der Schutzlage (4) erzeugt sind.

12. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Schutzelemente (5', 5"), insbesondere im Bereich der Schraubendurchgangslöcher (5), durch Tiefziehen erzeugt sind.

13. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das umlaufende Abschirmelement (8, 8', 8", 10-12) und/oder die weiteren Schutzelemente (5', 5"), von ihrer geometrischen Ausgestaltung her, Verformungsbegrenzer für die mit mindestens einer Sicke, wie einer Halb- oder Vollsicke, versehene Funktionslage (2, 3) ausgebildet sind.