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Die
Erfindung betrifft eine metallische Zylinderkopfdichtung für einen
Verbrennungsmotor mit Laufbuchse, die mindestens eine metallische
Lage umfasst und mindestens eine Brennraum-Öffnung und weitere Öffnungen,
z. B. für
Fluide, aufweist. Durch die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung kann
eine zusätzliche
Abdichtung einer nassen Zylinderlaufbuchse gegenüber dem Kühlwasser bzw. Brenngasen am
oberen Laufbuchsenrand erfolgen.
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Motoren
mit eingepressten oder eingesetzten Laufbuchsen, sog. Buchsenmotoren,
mit durch Kühlwasser
gekühlten
Zylinderlaufbuchsen benötigen
eine Abdichtung der Stoßstelle
zwischen Zylinderblock und Laufbuchsenbund. Dadurch wird verhindert,
dass durch den Ringspalt zwischen Motorblock und Zylinderlaufbuchse
hindurch Flüssigkeit
in den Bereich der oberen Motor block- oder Laufbuchsen-Dichtfläche gelangt,
auf welcher eine zwischen Motorblock bzw. Zylinderlaufbuchse und
einem Zylinderkopf eingespannte Zylinderkopfdichtung aufliegt. Handelsübliche Zylinderlaufbuchsen
haben einen Buchsenzylinder, in dem sich ein Kolben in Richtung der
Laufbuchsenachse hin und her bewegt, sowie einen den Buchsenzylinder
radial nach außen überragenden
Buchsenbund, dessen genaue Lage vom Konstruktionsprinzip abhängt. Der
Motorblock hat eine axiale erste Ausnehmung zum Einsetzen des Buchsenzylinders
sowie zwischen der ersten Ausnehmung und der oberen Motorblock-Dichtfläche eine
zweite in der Draufsicht kreisförmige
Ausnehmung größeren Durchmessers
zur Aufnahme und Abstützung
des Buchsenbundes. Zur Kühlung
der Laufbuchse tritt von unten Kühlwasser
in den Ringspalt zwischen dem Buchsenzylinder und dem Motorblock
ein.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Varianten zur Abdichtung
des Ringspaltes bekannt, mit denen der Durchtritt von Kühlwasser
am dem Zylinderkopf zugewandten Rand zwischen Zylinderlaufbuchse
und Motorblock verhindert werden kann. Die erste Variante sieht
vor, dass zwischen einer unteren ringförmigen Stirnfläche des
Buchsenbundes und einer ringförmigen
Bodenfläche
der den Buchsenbund aufnehmenden zweiten Motorblock-Ausnehmung ein
Abdichtelement in Form eines Metallrings eingelegt wird, welches
beim Anziehen der Zylinderkopfschrauben zwischen dem Buchsenbund
und dem Motorblock in axialer Richtung eingespannt wird. Dieser
Metallring besteht üblicherweise
aus einer Kupfer-Zink-Legierung. Dieser Metallring ist im Motorbetrieb
extrem hohen dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt, da im Motorbetrieb Relativbewegungen
in Form von Schiebebewegungen in bezüglich der Laufbuchsenachse
radialer Richtung zwischen denjenigen Flä chen des Buchsenbundes und
des Motorblocks, zwischen denen der Metallring eingespannt ist,
auftreten. Derartige Schiebebewegungen sind darauf zurückzuführen, dass
die Zylinderlaufbuchse durch die hohen Drücke, die im von der Laufbuchse
umschlossenen Verbrennungsraum periodisch auftreten, aufgeweitet
wird. Ebenso kommt es zu unterschiedlichen Wärmeausdehnungen aufgrund der
unterschiedlichen Temperaturen von Laufbuchse und Motorblock sowie
gegebenenfalls unterschiedlichen Werkstoffen dieser beiden Bauteile.
Die auf diese Schiebebewegungen zurückzuführende Beanspruchung des Metallrings
kann zu dessen Beschädigung
und damit auch zur Beschädigung
des Abdichtsystems führen.
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Eine
zweite Variante zur Abdichtung sieht vor, dass der Außenumfang
des Buchsenzylinders mit einer Ringnut versehen ist, in die ein
O-Ring aus elastomerem Material eingelegt wird, welcher dann zwischen
der Umgebungswand der den Buchsenzylinder aufnehmenden Motorblock-Ausnehmung
und dem Buchsenzylinder eingespannt ist. Dieses Abdichtsystem erfordert
eine Ringnut zur Aufnahme des O-Rings. Diese Variante zur Abdichtung
bringt den Nachteil mit sich, dass im oberen Bereich der Zylinderlaufbuchse
keine Kühlung
erfolgen kann und die Lebenserwartung des Elastomers aufgrund seiner thermischen
Empfindlichkeit begrenzt ist.
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Weiterhin
sind aus der
DE 102
05 179 A1 und der
DE
102 05 180 A1 zwei weitere Varianten eines Abdichtelementes
bekannt. Das eine sieht vor, dass das Abdichtelement ein in radialer
Richtung federverformbares metallisches, ringförmiges Dichtelement aufweist,
das den Buchsenbund umfasst und zwischen dessen Außenumfang
und einer Umfangswand der Motorblock ausnehmung eingespannt ist. Eine
andere Variante sieht vor, dass das Abdichtelement ein elastomeres,
ringförmiges
Dichtelement aufweist, welches den Buchsenbund umfasst und zwischen
dessen Außenumfang
und der Umfangswand der Motorblockausnehmung eingespannt ist. Das
Abdichtelement ist dabei aus dem elastomeren Dichtring und einem
Trägerring
aus Metall oder einem verformungssteifen und temperaturbeständigen Kunststoff
aufgebaut.
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Allen
hier beschriebenen Varianten des Standes der Technik ist gemein,
dass es sich um Abdichtungen des Ringspalts in radialer Richtung
handelt. Dies bringt den Nachteil mit sich, dass derartige Dichtelemente
separat gefertigt werden müssen
und unter teilweise aufwendiger Anpassung der abzudichtenden Bauteile
einen zusätzlichen
Verfahrensschritt in der Produktion darstellen.
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Die
DE 14 76 048 B offenbart
eine Abdichtung für
den Spalt zwischen Motorblock und Buchse sowie gegenüber dem
Brennraum. Hierzu wird ein aus federndem Metall bestehender Dichtungsring
mit einem bogenförmigen
Querschnitt so über
den Spalt angeordnet, dass er mit seinen beiden Enden auf dem Motorblock
bzw. der Laufbuchse aufliegt, wobei die konkave Seite des Dichtrings
dem Motorblock und der Laufbuchse zugewandt ist. Mit seiner konvexen
Seite dichtet der Ring gegenüber
dem Zylinderkopf ab.
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Die
JP 62-153551 A offenbart
eine Dichtung für
den Spalt zwischen Motorblock und Laufbuchse, die einen elastomeren
Dichtring aufweist, der in die Öffnung
des Spalts eingelegt ist. Der Dichtring wird auf Seiten der Zylinderkopfdichtung
und des Zylinderkopfes durch eine ringförmige Nut in der benachbarten
Lage der Zylinderkopfdichtung festgelegt.
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Ausgehend
hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abdichtung
zwischen Motorblock und Zylinderlaufbuchse zu realisieren, bei der
das Abdichtelement eine zuverlässige
Abdichtung bei gleichzeitig gutem Höhenausgleich zwischen Motorblock
und Laufbuchse bewirkt.
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Diese
Aufgabe wird durch die metallische Zylinderkopfdichtung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die weiteren abhängigen
Ansprüche
zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. Die Verwendung der erfindungsgemäßen metallischen
Zylinderkopfdichtung wird in Anspruch 8 beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird eine
metallische Zylinderkopfdichtung für einen Verbrennungsmotor mit Laufbuchse
bereitgestellt, die mindestens eine metallische Lage umfasst, in
der mindestens eine Brennraum-Öffnung
und weitere Öffnungen,
z. B. für Fluide
eingebracht sind. Dabei ist in der mindestens einen metallischen
Lage im an die Brennraum-Durchgangsöffnung angrenzenden Bereich
ein ringförmiges
elastisches Element integriert, das die Brennraum-Durchgangsöffnung vollständig umläuft. Hierbei
ist das elastische Element so ausgebildet und in der mindestens
einen metallischen Lage integriert, dass es im eingebauten Zustand
die Stoßstelle
zwischen Zylinderblock und Laufbuchsenbund überbrückt.
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Mittels
der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
kann eine Abdichtung des Ringspaltes an der Stoßstelle zwischen Zylinderblock
und Laufbuchsenbund erreicht werden, sodass eine Abdichtung einer
nassen Zylinderlaufbuchse gegenüber
Kühlwasser
bzw. Brennga sen am oberen Laufbuchsenrand realisiert werden kann.
Es handelt sich also um eine axiale Abdichtung mittels der erfindungsgemäß modifizierten
Zylinderkopfdichtung.
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Das
elastische Element besteht aus einem zwei Schenkel aufweisenden
Blech, das aus Federstahl gefertigt ist. Ein derartiges gesicktes
Blech mit entsprechenden Federungseigenschaften, wird bevorzugt
zumindest teilweise über
dessen Umfang durch Schweißen,
Löten,
Kleben oder mechanische Verspannung an der mindestens einen metallischen Lage
der Zylinderkopfdichtung angebracht. Denkbar ist aber auch eine
Ausführungsform,
bei der das elastische Element nur eingelegt wird. Ein Schenkel
des als Wippe fungierenden Bleches kommt dabei auf dem Zylinderblock
zum Anliegen, während
der andere freie Schenkel des Blechs auf dem Laufbuchsenbund anliegt.
Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Wippenkonstruktion
ist, dass nicht nur die Sicke elastisch wirkt, sondern auch der
Höhenausgleich
von einem Schenkel zum anderen eine ausgleichende Funktion bei axialer
Laufbuchsenbewegung bewirkt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist das elastische Element ein- und/oder beidseitig eine funktionelle
Oberflächenbeschichtung
auf. Eine entsprechende Beschichtung kann dabei die Mikroabdichtung übernehmen.
Vergleichbare Lösungen
mit Weichstoffauflagen oder auch Elastomeren sind ebenso möglich. Ebenso
können
vorzugsweise Gleitbeschichtungen eingesetzt werden. Kombinationen der
oben genannten Auflagen und Beschichtungen sind ebenfalls möglich.
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Vorzugsweise
greifen die freien Schenkel im eingebauten Zustand jeweils in eine
Ring-Nut im Zylinderblock und/oder im Laufbuchsenbund. Hierdurch wird
ermög licht,
dass ein zusätzlicher
Schutz für
auftretende Relativbewegungen erreicht wird.
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Das
elastische Element kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
aus einem zwei freie Schenkel aufweisenden Blech aus Federstahl bestehen,
wobei auf der der mindestens einen durchgehenden metallischen Dichtungslage
abgewandten Seite im Bereich der jeweiligen Schenkelenden Gummipuffer
angeordnet sind, die im eingebauten Zustand auf Zylinderblock einerseits
und Laufbuchsenbund andererseits aufliegen. Da Zylinderblock und Laufbuchsenbund
in der Regel nicht genügend
abschließen,
können
die Gummipuffer vorzugsweise eine unterschiedliche Höhe besitzen.
Unter Gummipuffern im Sinne der Erfindung sind nicht nur Puffer aus
Gummi zu verstehen, sondern generell Puffer aus Elastomeren oder
Polymeren, mit oder ohne Faserverstärkung.
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Verwendung
findet die erfindungsgemäße metallische
Zylinderkopfdichtung für
Verbrennungsmotoren mit Laufbuchsen, sog. Buchsenmotoren, zur Abdichtung
von Zylinderlaufbuchsen gegenüber Kühlwasser
bzw. Brenngasen am oberen Laufbuchsenrand.
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Ein
besonderer Vorteil der hier beschriebenen erfindungsgemäßen metallischen
Zylinderkopfdichtung beruht darauf, dass die Abdichtfunktion als zusätzliche
Funktionalität
in die Zylinderkopfdichtung integriert ist, was zu einem geringeren
Montage- und Kostenaufwand führt.
Weiterhin sind die verwendeten elastischen Elemente zur Abdichtung
weitgehend temperatur- und
medienunempfindlich.
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Anhand
der nachfolgenden Figuren soll der anmeldungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden,
ohne diesen auf die hier gezeigten exemplarischen Ausführungsformen
zu beschränken.
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1 zeigt
den Querschnitt einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung in
Verbindung mit einem Zylinderblock und einer Laufbuchse eines Buchsenmotors,
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2 zeigt
eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung und
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3 zeigt
eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung.
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In 1 ist
der Querschnitt eines Verbrennungsmotors mit Laufbuchse im Bereich
der Stoßstelle
zwischen Zylinderblock 1 und Laufbuchsenbund 2 dargestellt.
An dieser Stoßstelle
kommt es zur Ausbildung eines Ringspaltes 3 am oberen Laufbuchsenrand.
Aufgabe der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung
ist es, eine Abdichtung gegenüber Brenngasen
bzw. Kühlwasser
an diesem oberen Laufbuchsenrand zu erreichen. Dies wird durch eine metallische
Zylinderkopfdichtung 4 und ein
hieran angeordnetes elastisches Element 5 realisiert.
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2 zeigt
eine erste Variante für
die Abdichtung am oberen Laufbuchsenbund. Der an der Stoßstelle
zwischen Zylinderblock 1 und Laufbuchsenbund 2 am
oberen Laufbuchsenrand ausgebildete Ringspalt 3 wird gemäß dieser
Variante mittels eines elastischen Elementes 5, das an
der Zylinderkopfdichtung 4 angebracht ist, abgedichtet.
Das elastische Element besteht dabei aus einem zwei Schenkel aufweisenden
Blech aus Federstahl, wobei im eingebauten Zustand der eine Schenkel
auf dem Zylinderblock und der andere Schenkel auf dem Laufbuchsenbund
aufliegt. Aufbau end auf dem Prinzip einer Wippe, können so
auch unterschiedliche Abstände
zwischen Zylinderkopfdichtung und Zylinderblock bzw. Laufbuchsenbund
ausgeglichen werden. Das elastische Element 5 besteht aus
einem gesickten Blech, das über
den Umfang teilweise oder vollständig
durch Schweiften, Löten,
Kleben oder mechanisches Verspannen an der Zylinderkopfdichtung
angebracht ist.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung.
In diesem Fall besteht das elastische Element aus einem zwei Schenkel
aufweisenden Blech 5 aus Federstahl, wobei im eingebauten
Zustand die Schenkel nicht direkt auf dem Zylinderblock bzw. dem
Laufbuchsenbund aufliegen, sondern diese noch durch Gummipuffer 7 und 7' abgefedert
werden. Das Blech 5 ist auch in diesem Beispiel gesickt.
Für den
Fall, dass Zylinderblock 1 und Laufbuchsenbund 2 in
unterschiedlichen Abstand zur Zylinderkopfdichtung 4 abschließen, kann
entweder die Höhe
der Gummipuffer 7 und 7' bzw. der Grad der Sickung an den
beiden Schenkeln des Bleches 5 beeinflusst werden.