-
Die
Erfindung betrifft eine metallische Zylinderkopfdichtung für einen
Verbrennungsmotor, dessen Kurbelgehäuse aus Werkstoffen mit unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
gefertigt ist, wie z. B. aus einer Kombination von mindestens zwei verschiedenen
Leichtmetallen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine metallische
Zylinderkopfdichtung für die
Verwendung in vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotoren.
-
Zylinderkopfdichtungen,
welche aus mehreren Lagen Stahl bestehen, sind prinzipiell so aufgebaut,
dass in mindestens einer Lage um die mindestens eine Brennraumdurchgangsöffnung herum
eine im Wesentlichen beabstandet zum Rand der Brennraumdurchgangsöffnung umlaufende
Brennraumsicke angeordnet ist. Durch die Pressung des Zylinderkopfes
auf die Zylinderkopfdichtung bzw. das darunter liegende Kurbelgehäuse wird
dabei die Brennraumsicke weitgehend elastisch zusam mengepresst, wodurch
die Dichtfunktion gewährleistet
wird.
-
Häufig wird
für die
sich unter dieser Pressung verformende Brennraumsicke eine Brennraumsickenabstützung vorgesehen,
ein so genannter Verformungsbegrenzer oder auch Stopper. Diese Konstruktion
gewährleistet,
dass die Brennraumsicke im Kraftnebenschluss verpresst wird. Eine
derartige Konstruktion ist z. B. aus der
DE 195 15 329 C1 bekannt.
-
Als
problematisch hat sich nun der Aufbau einer derartigen metallischen
Zylinderkopfdichtung aus mehreren metallischen Lagen dann erwiesen,
wenn sie für
Verbrennungsmotoren eingesetzt wird, deren Kurbelgehäuse bereichsweise
aus Werkstoffen mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung gefertigt sind. Derartige
Verbrennungsmotoren, insbesondere Verbrennungsmotoren aus Leichmetallkombinationen wie
Magnesium und Aluminium finden in letzter Zeit verstärkt Verbreitung.
Bei diesen Verbrennungsmotoren hat es sich nun gezeigt, dass aufgrund
der unterschiedlichen Wärmeausdehnung
u. a. Probleme bei der Abdichtung des Brennraums auftreten.
-
Dadurch,
dass bei den Zylinderkopfdichtungen des Standes der Technik nicht
nur um die Brennraumdurchgangsöffnung
herum abgedichtet werden muss, sondern auch im Hinterland z. B.
bei den Durchgangsöffnungen
für Öl und Wasser,
treten diese Wärmeausdehnungsprobleme
verstärkt
auf, da an diesen Stellen unterschiedliche Temperaturverhältnisse
in Bezug zum mindestens einen Brennraum vorherrschen. Im Stand der
Technik wurde dieses Problem lediglich in Bezug auf die Öffnungen
im Hinterland, d. h. für
die Durchgangsöffnungen
für Öl und Wasser
oder auch für
Schraubenlöcher durch
Einsatz von Gummiprofilen, die angespritzt werden, gelöst.
-
Aus
der
DE 200 19 412 ist
ebenfalls eine metallische Zylinderkopfdichtung bekannt, bei der
eine Abdichtung von im Hinterland angeordneten Durchgangsöffnungen
für Schrauben
und/oder Fluide ermöglicht
wird. Bei dieser Zylinderkopfdichtung kann dies z. B. dadurch geschehen,
dass der Stopper als sich seitlich an die Brennraumsicke anschließendes Stopperblech
mit im Wesentlichen konstanter Dicke ausgeführt ist.
-
Es
hat sich nun aber gezeigt, dass insbesondere die letztgenannte Lösung nicht
ausreichend ist, um bei unterschiedlichen Wärmeausdehnungen eine sichere
und dauerhafte Abdichtung zu gewährleisten.
-
Ausgehend
hiervon ist es nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
verbesserte metallische Zylinderkopfdichtung aus mindestens zwei
Lagen, von denen sich zumindest eine über den gesamten Dichtungsbereich
erstreckt, anzugeben, bei der auch für Verbrennungsmotoren, deren
Kurbelgehäuse
aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
gefertigt sind, eine sichere Abdichtung sowohl des mindestens einen
Brennraums als auch im Hinterland gewährleistet ist.
-
Die
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches
1 gelöst.
Die Unteransprüche
zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
ergibt sich aus den Ansprüchen
11 bis 14.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird somit vorgeschlagen, die metallische Zylinderkopfdichtung
aus mindestens zwei Lagen aufzubauen, wobei in mindestens einer
metallischen Lage um die Durchgangsöffnung herum eine Sicke angeordnet
ist und eine metallische Lage als Kurzlage ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird unter
einer Kurzlage eine metallische Lage verstanden, die sich ausgehend
von der Brennraumdurchgangsöffnung
nicht bis zur Außenkante
der anderen mindestens einen metallischen Lage erstreckt. Dadurch
kann erreicht werden, dass bei entsprechender Dimensionierung der
Kurzlage der Zylinderkopfdichtung diese beim Einbauen in einen Verbrennungsmotor,
dessen Kurbelgehäuse aus
Werkstoff mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungen gefertigt ist,
sich nur über
die Bereiche mit geringer Wärmeausdehnung
erstreckt.
-
Im
Hinterland weist die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung in
mindestens einer zur Kurzlage benachbarten Lage im Bereich außerhalb
der Außenkante der Kurzlage eine Sicke auf. Sämtliche Dichtungslagen
schließen
im unverbauten Zustand bündig
an der Brennraumöffnung
ab.
-
In
Brennraumnähe
kann die Kurzlage sowohl als Glattblech oder als Sickenlage oder
als Stopperlage oder als kombinierte Sicken-/Stopperlage ausgeführt sein.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
besteht diese aus mindestens drei metallischen Lagen, wobei in mindestens
einer der Lagen um die Durchgangsöffnung herum eine Sicke ausgebildet
ist und die Kurzlage eine innere Lage der Dichtung darstellt. Auch
hier weist die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung
in mindestens einer zur Kurzlage benachbarten Lage im Hinterland,
im Bereich außerhalb
der Außenkante
der Kurzlage eine Sicke auf.
-
Bei
einer derartigen Zylinderkopfdichtung ist es dabei weiter vorteilhaft,
wenn die Bauhöhe
im nicht eingebauten Zustand, aus der Summe der Dicke des Kurzblechs
und eines möglicherweise
vorhandenen brennraumseitigen Verformungsbegrenzers einer Lage kleiner
ist als die Summe der Arbeitshöhen
der Sicken im Hinterland.
-
Die
Sicken können
brennraumseitig und im Hinterland sowohl als Voll- als auch als
Halbsicke ausgeführt
sein, wobei brennraumseitig Vollsicken und im Hinterland Halbsicken
bevorzugt sind.
-
Die
Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der vorstehend beschriebenen
Zylinderkopfdichtung.
-
Wie
bereits eingangs ausgeführt,
betrifft die metallische Zylinderkopfdichtung nach der Erfindung eine
Zylinderkopfdichtung für
einen Verbrennungsmotor, der aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
gefertigt ist. Insbesondere kommen hierfür Leichtmetallwerkstoffe wie Magnesium
und Aluminium in Betracht. Im Stand der Technik ist es dabei bekannt,
bei derartigen Motoren den Bereich der Laufbuchse(n) aus Aluminium
und die restlichen Teil des Kurbelgehäuses z. B. aus Magnesium als
zweitem Leichtmetallwerkstoff zu fertigen. In diesem Falle erstreckt
sich dann das Kurzblech nur über
den Bereich mit geringerer Wärmeausdehnung.
Das Hinterland, das dann zum Beispiel aus Magnesium gefertigt ist,
besitzt dann eine größere Wärmeausdehnung.
-
Neben
Leichtmetallen können
aber auch Grauguss sowie verschiedene metallische Legierungen im
Kurbelgehäuse
kombiniert werden. Der Kühlwasserbereich
kann sich prinzipiell zwischen den beiden Metallbereichen erstrecken.
Wenn der weiter von den Brennraumöffnungen entfernte Metallteil aber
aus Magnesium gefertigt ist, verläuft das Kühlwasser komplett im Teil aus
dem Metall mit geringerem Wärmeausdehnungskoeffizient.
Die Schraubendurchgangslöcher
werden bevorzugt ebenfalls nicht im Magnesiumbereich angeordnet.
-
Die
Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer Zylinderkopfdichtung
wie vorstehend beschrieben für
den Einsatz in Verbrennungsmotoren, bei denen das Kurbelgehäuse aus
Werkstoffen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungen gefertigt ist.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von fünf Figuren näher erläutert.
-
1:
zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung.
-
2:
zeigt im Schnitt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung aus
drei durchgängigen
metallischen Lagen und einem Kurzblech;
-
3:
zeigt wiederum im schematischen Aufbau eine erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung die
aus lediglich zwei durchgängigen
Lagen und einem Kurzblech besteht.
-
4:
zeigt eine andere erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung
die ebenfalls aus zwei durchgängigen
Lagen und einem Kurzblech besteht.
-
5:
zeigt eine andere erfindungsgemäße Zylin derkopfdichtung
die nur aus einer durchgängigen
Lage und einem Kurzblech besteht.
-
1 zeigt
eine Draufsicht auf die Decklage 2 einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung 1. Die
drei Brennräume
Hc sind beabstandet von Vollsicken 5 umgeben. Außerhalb
der Schraubendurchgangslöcher
Hb ist mit gestrichelter Linie die Außenkante 7 des in
der Draufsicht nicht-sichtbaren Kurzblechs (8, 18, 28)
angedeutet. Die Außenkante
der Decklage 2 wird mit einer Halbsicke 9 abgedichtet. Das
Kurbelgehäuse
mit drei Brennräumen
Hc ist hierbei nur beispielhaft, die Erfindung erfasst auch Zylinderkopfdichtungen
mit einer anderen Anzahl von Brennraumdurchgängen.
-
Die
in 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung zeigt
eine Zylinderkopfdichtung 1 im Schnitt, die aus insgesamt
vier Lagen 2, 3, 4 und 8 aufgebaut
ist. Nach der Ausführungsform
nach 2 umfasst die Zylinderkopfdichtung die metallischen Lagen 2 und 4,
die um die Durchgangsöffnungen
des Brennraums herum Sicken 5 und 6 aufweisen.
Die von der Brennraumseite abgewendete Kante 30 der Lage 2 bzw. 4 definiert
dabei die Außenkante
der Zylinderkopfdichtung. In diese beiden Lagen der Zylinderkopfdichtung 1,
die auch als Boden- und Deckblech bezeichnet werden können, sind
die brennraumseitigen Sicken 5 und 6 als Vollsicken
ausgebildet. Die weitere durchgängige
metallische Lage 3, die zwischen den beiden metallischen
Lagen 2 und 4 angeordnet ist, weist brennraumseitig
als Stopper einen Wellenstopper 11 auf. Grundsätzlich ist
es ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, zum besseren Abdichten
der im Hinterland angeordneten Durchgangsöffnungen wie Wasserlöcher und/oder Öllöcher Sicken 9 und 10 anzuformen.
-
Erfindungsgemäß weist
nun die Zylinderkopfdichtung wie vorstehend beschrieben, zwischen der
mindestens einen Lage 3 und einer der Lagen 2 und 4 eine
zusätzliche
Lage, die hier als Kurzblech 8 bezeichnet wird, auf. Die
Kurzlage 8 erstreckt sich dabei gemäß der vorliegenden Erfindung
nur über den
Bereich des Kurbelgehäuses,
das aus dem Werkstoff mit geringerem Wärmeausdehnungskoeffizienten
gebildet ist, im Beispiel aus Aluminium. Wie in 2 angedeutet,
muss das Kurzblech dabei nicht bis ganz an die Materialgrenze, dargestellt
durch die gestrichelte Linie, heranreichen, sondern der Außenrand 7 der
Kurzlage 8 kann auch einen kleinen Rand des Bereichs aus
Aluminium freilassen. Wichtig ist, dass das Kurzblech nicht über die
Materialgrenze hinwegreicht. Der vom Brennraum abgewandte Bereich
des Kurbelgehäuses
besteht im Beispiel der 2 aus Magnesium.
-
Die
Halbsicken 9 und 10 im Hinterland sind in den zum Kurzblech 8 benachbarten
Lagen 2 und 3 angeordnet, und zwar mit geringem
Abstand außerhalb
zur Außenkante 7 des
Kurzblechs 8.
-
Dadurch,
dass nun der Bereich des Kurbelgehäuses, der aus Aluminium gefertigt
ist, eine geringere Wärmeausdehnung
aufweist als die aus Magnesium gefertigten Teile des Kurbelgehäuses, kann die
dadurch verursachte Höhenschwankung
in der Zylinderkopfdichtung durch die fehlende Höhe des Kurzblechs 8 im
Hinterland und die Elastizität
der Halbsicken 9 und 10 aufgefangen werden.
-
Es
hat sich nun gezeigt, dass eine Zylinderkopfdichtung mit einem derartigen
Aufbau ausgezeichnete Abdichtwirkungen, um den Brennraum herum,
aber insbesondere auch im Hinterland in Bezug auf Fluidöffnun gen
aufweist.
-
Gemäß der Konstruktion
aus 2 bestehen die drei durchgängigen Bleche (2, 3, 4)
aus Federstahl, während
für das
als Glattblech ausgeführte Kurzblech
(8) auch andere metallische Materialien verwendet werden
können.
-
3 zeigt
eine Ausführungsform
der Erfindung, die nur aus zwei durchgängigen metallischen Lagen 2 und 14 und
einem Kurzblech 18 zwischen den durchgängigen Lagen besteht. Hier
dient das Kurzblech 18 gleichzeitig als Stopperblech. Wie
in der Ausführungsform
nach 2 weisen auch hier Deck- und Bodenblech 2 und 14 brennraumseitig Vollsicken 5 und 6 auf.
Der Stopper ist als Falz 13 ausgeführt. Im Hinterland federn wiederum
die Halbsicken 9 und 10 in den dem Kurzblech 18 benachbarten
Lagen 2 und 14 zusammen mit der Aussparung des
Kurzblechs die größere Wärmeausdehnung
des Kurbelgehäuses
in diesem Bereich ab.
-
Während für Deck-
und Bodenblech 2 und 13 der in 3 gezeigten
Ausführungsform
die Verwendung von Federstahl zwingend ist, wird das gefalzte Blech 18 aus
anderem metallischen Material gefertigt.
-
4 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung,
die wie die Ausführung
aus 3 zwei durchgängige
Lagen und dazwischen ein Kurzblech aufweist. Deck- und Bodenblech 12 und 24 weisen
wiederum brennraumseitig je eine Vollsicke 5 und 6 auf.
Diese werden von einem Wellenstopper 11 im Bodenblech 24 abgestoppt.
Wie in 2 ist das Kurzblech 8 als Glattblech
ausgeführt
und muss somit nicht aus Federstahl gefertigt sein. Die stärkere Höhenschwankung
des Bereichs des Kurbelgehäuses aus
Material mit größerem Wärmeausdehnungskoeffizient
wird durch das Aussparen dieses Bereichs außerhalb der Außenkante 7 im
Kurzblech 8 sowie durch die Vollsicke 19 im Deckblech 12 ausgeglichen.
-
5 zeigt,
dass auch Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
mit nur einer durchgehenden metallischen Dichtungslage möglich sind.
Hier wird das Kurzblech 28 zumindest über den Bereichen des Kurbelgehäuses, die
aus einem Werkstoff mit geringerem Wärmeausdehnungskoeffizienten
bestehen, zum Bodenblech. Die beiden Dichtungslagen 12 und 28 weisen
brennraumseitig Vollsicken 5 und 6 auf, die durch
einen Wellenstopper 11 im Kurzblech 28 abgestoppt
werden. Der Ausgleich der größeren Höhenschwankung
im Bereich des Kurbelgehäuses
aus Material mit größerem Wärmeausdehnungskoeffizienten
erfolgt wiederum durch das Aussparen des Bereichs außerhalb
der Außenkante 7 im
Kurzblech 18 sowie durch die Vollsicke 19 im Deckblech 12.
-
Die
gestrichelte Linie deutet wie bei den vorangehenden Beispielen die
Trennlinie zwischen den Kurbelgehäuse-Materialien an. Sie kann
abweichend von den dargestellten Beispielen auch näher an den Brennraumöffnungen
Hc verlaufen, die Außenkante 7 der
Kurzlage verschiebt sich dann auch in Richtung der Brennraumöffnung Hc.
-
Neben
den gezeigten Ausführungsformen, die
alle einen Stopper am Brennraum aufweisen, sind auch stopperlose
Ausführungsformen
möglich.