DE10338725A1

DE10338725A1 - Flachdichtung, insbesondere metallische Flachdichtung

Info

Publication number: DE10338725A1
Application number: DE2003138725
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Stecher; Christoph Dr. Stecher
Original assignee: STE Gesellschaft fur Dichtungstechnik mbH
Current assignee: STE Gesellschaft fur Dichtungstechnik mbH
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2003-08-22
Publication date: 2005-03-31
Also published as: WO2005022009A8; WO2005022009A2; WO2005022009A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung mit wenigstens einer Dichtungslage, welche wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist, die zumindest einseitig von einer in sich geschlossenen erhabenen Dichtfläche vollständig umgeben ist, wobei die Dichtfläche aus einem unter den Belastungen des Einsatzfalles druck- und kriechfesten, nicht höhenverformbaren Material besteht und ein Höhenprofil aufweist, welches im Wesentlichen der Topographie des zwischen den abzudichtenden Gegenflächen und gegebenenfalls weiteren Dichtungslagen gebildeten Dichtspalts entspricht, welche dadurch erhältlich ist, dass die Dichtfläche in eine Dichtungsplatte so eingeprägt wird, dass die Dicke der Dichtungsplatte im Bereich der Dichtfläche zumindest teilweise gegenüber der Ausgangsdicke der Dichtungsplatte reduziert ist und sie weiter wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist: DOLLAR A a) Im Bereich der Dichtfläche ist eine Auflage mit einer Dicke vorhanden, die gemeinsam mit der Höhe der Dichtfläche eine Gesamtdicke ergibt, welche größer ist als die Ausgangsdicke der Dichtungsplatte; DOLLAR A b) Bereiche der Dichtungsplatte, welche sich außerhalb der Dichtfläche befinden und eine Dicke von zumindest der Ausgangsdicke der Dichtungsplatte aufweisen, sind vollständig entfernt worden; und DOLLAR A c) Bereiche der Dichtungsplatte, welche sich außerhalb der Dichtfläche befinden und eine Dicke von zumindest der Ausgangsdicke der Dichtungsplatte aufweisen, sind aus der Ebene der Dichtungsplatte herausgebogen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung und insbesondere eine metallische Flachdichtung, in welcher eine abzudichtende Durchgangsöffnung von einer erhabenen Dichtfläche vollständig umgeben ist, die aus einem unter den Belastungen des Einsatzfalls druck- und kriechfesten, nicht höhenverformbaren Material besteht und ein Höhenprofil aufweist, welches, gegebenenfalls unter Einbeziehung weiterer in der Dichtung vorhandener Dichtungslagen, der Topographie des zwischen den abzudichtenden Gegenflächen gebildeten Dichtspalts entsprechend ausgebildet ist. Derartige Dichtungen sind von der Anmelderin bereits in der EP 0485693 A1 und der DE 4421219 A1 beschrieben worden. Der Unterschied dieser Dichtungen zu solchen Dichtungen, in denen die Abdichtung der Durchgangsöffnung mit einem elastischen Dichtelement wie zum Beispiel einer Sicke erfolgt, besteht darin, dass die Dichtungen zumindest in allen im Einsatzfall tragenden Bereichen standfest und nicht elastisch verformbar ausgebildet sind und bereits von Anfang an den im Betrieb auftretenden Durchbiegungen der abzudichtenden Gegenflächen topographisch angepasst sind. Auf diese Weise können bei vergleichsweise geringen Schraubenkräften gleichmäßige Flächenpressungen erreicht werden. Zur Verbesserung der Mikroabdichtung der beschriebenen Dichtungen können auf den topographisch ausgebildeten Dichtflächen zusätzlich kleine erhabene Dichtstege vorhanden sein, wie dies in der WO 97/01722 A1 beschrieben ist. Außerdem können die Dichtungen ganz oder teilweise beschichtet sein.

Bei der Herstellung der topographischen Dichtungen können die erhabenen Dichtflächen durch spanende Bearbeitung aus einer Dichtungsplatte herausgearbeitet werden. Eine andere Herstellungsvariante bedient sich eines Prägeverfahrens. Dabei können einerseits zunächst die topographisch ausgebildeten Dichtflächen eingeprägt und anschließend die nicht geprägten, höheren Bereiche spanabhebend abgetragen werden. Andererseits können zunächst in den Bereichen, in denen die erhabenen Dichtflächen entstehen sollen, durch Materialanhäufung größere Materialdicken erzielt werden, und anschließend wird durch einen Prägeschritt die gewünschte topographische Ausgestaltung hergestellt. Alle diese beschriebenen Herstellungsverfahren sind vergleichsweise aufwändig, zeitintensiv und teuer.

Während die beschriebenen topographischen Dichtungen in den meisten Einsatzfällen hervorragende Dichtungsergebnisse liefern, gibt es dennoch einige spezielle Einsatzmöglichkeiten, in denen eine flexiblere und vielseitigere Anpassung der Dichtungen an die vorgefundenen Begebenheiten wünschenswert wäre. Beispielsweise gibt es Einsatzfälle, in denen mit ein und derselben Dichtung verschiedene einander benachbarte Teile abgedichtet werden, in denen die Dichtungsvoraussetzungen unterschiedlich sind.

Ein solches Beispiel ist die Abdichtung eines Motorblocks mit angrenzendem Kettenkasten durch eine Zylinderkopfdichtung. Die zwischen beiden Teilen auftretenden Sprünge mit ihren Fertigungs- und Montagetoleranzen können mit den bekannten standfest ausgebildeten topographischen Dichtungen nicht abgedichtet werden.

Ein weiteres Beispiel, bei dem die bekannten standfesten topographischen Dichtungen keine vollständig zufriedenstellenden Ergebnisse liefern, ist die Abdichtung von Dichtflächen, die aus unterschiedlichen Materialien zusammengesetzt sind. Auch hier lässt sich ein Beispiel aus dem Motorenbereich anführen. So sind neuerdings Motoren bekannt, die – üblicherweise zur Gewichtsreduktion – aus Aluminium und Magnesium bestehen. Der Aluminiumkern umfasst zum Beispiel die Brennraumöffnungen, während im Magnesiummantel Ölöffnungen und Wasseröffnung vorgesehen sind.

Im Hinblick auf die Abdichtung eines solchen Motors mit einer Zylinderkopfdichtung problematisch ist hier einerseits, dass der Magnesium-Außenteil relativ weich ist und allenfalls sehr geringe Schraubenkräfte aufnehmen kann. Aus diesem Grund kann eine Zylinderkopfdichtung in diesem Bereich nur schwer befestigt werden und die erzielbaren Flächenpressungen sind niedrig. Zur Abdichtung dieses Bereichs sind standfeste topographische Dichtungen nur schlecht geeignet, da sie dort nur unzureichend abgestützt werden, sich unter Umständen in die weichen Auflageflächen eingraben und so Undichtigkeiten auftreten können.

Andererseits bereiten die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien Aluminium und Magnesium bei der Abdichtung große Probleme. So neigt das Magnesium dazu, bei großer thermischer Belastung aus der Dichtfläche herauszuwachsen. Das heißt, der abzudichtende Dichtspalt ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur. Auch diese Dichtungsanforderungen sind mit den herkömmlichen Dichtungen nur schwer zu bewältigen.

Aufgabe der Erfindung ist es entsprechend, eine Dichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die einfach und kostengünstig herstellbar ist, an die unterschiedlichsten Dichtungsbedingungen in einfacher Art und Weise angepasst werden kann und dabei eine zuverlässige Abdichtung erreicht.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der Flachdichtung gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen dieser Dichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Demnach betrifft die Erfindung eine Flachdichtung und insbesondere eine metallische Flachdichtung mit wenigstens einer Dichtungslage, welche wenigstens eine Durchgangöffnung aufweist, die zumindest einseitig von einer in sich geschlossenen erhabenen Dichtfläche vollständig umgeben ist. Die Dichtfläche besteht aus einem unter den Belastungen des Einsatzfalls druck- und kriechfesten, nicht höhenverformbaren Material. Sie weist ein Höhenprofil auf, welches, gegebenenfalls unter Einbeziehung weiterer vorhandener Dichtungslagen, der Topographie des zwischen den abzudichtenden Gegenflächen gebildeten Dichtspalts entsprechend ausgebildet ist. Die Topographie der Dichtfläche ist dadurch erhältlich, dass die Dichtfläche in eine Dichtungsplatte so eingeprägt wird, dass die Dicke der Dichtungsplatte im Bereich der Dichtfläche zumindest teilweise gegenüber der Ausgangsdicke der Dichtungsplatte reduziert ist. Weiter weist die Flachdichtung wenigstens eines der folgenden Merkmale auf:

a) Im Bereich der Dichtfläche ist eine Auflage mit einer Dicke vorhanden, die gemeinsam mit der Höhe der Dichtfläche eine Gesamtdicke ergibt, welche größer ist als die Ausgangsdicke der Dichtungsplatte, aus der die Dichtfläche herausgebildet wurde;
b) Bereiche der Dichtungsplatte, welche sich außerhalb der Dichtfläche befinden und eine Dicke von zumindest der Ausgangsdicke der Dichtungsplatte aufweisen, sind vollständig entfernt worden; und
c) Bereiche der Dichtungsplatte, welche sich außerhalb der Dichtfläche befinden und eine Dicke von zumindest der Ausgangsdicke der Dichtungsplatte aufweisen, sind aus der Ebene der Dichtungsplatte herausgebogen.

Die Bestimmung der Topographie des abzudichtenden Dichtspalts und die Übertragung dieser Topographie auf die erhabene Dichtfläche können wie im Stand der Technik üblich erfolgen. Möglichkeiten sind beispielsweise in der EP 0485693 A1 beschrieben. Sind zusätzlich zu der Dichtungslage, in welcher die topographisch ausgebildete Dichtfläche vorhanden ist, weitere Dichtungslagen in der Dichtung vorgesehen, werden diese, wenn sie sich im Bereich einer erhabenen Dichtfläche befinden, bei der Ausbildung der Topographie mit berücksichtigt. Dabei ist es möglich, das sich in Umfangsrichtung ändernde Höhenprofil ausschließlich in der die erhabene Dichtfläche aufweisende Dichtungslage auszubilden, während die weiteren Dichtungslagen im Bereich der Dichtfläche eine konstante Dicke aufweisen. Es ist jedoch ebenso gut möglich, eine zusätzliche Dichtungslage in dem zur erhabenen Dichtfläche der Dichtflächen-Dichtungslage benachbarten Bereich mit einem Höhenprofil zu versehen. In diesem Fall entspricht das Gesamt-Höhenprofil aller Dichtungslagen im Bereich der erhabenen Dichtfläche der Topographie des abzudichtenden Dichtspalts.

Die Dichtfläche kann zusätzlich zu dem Höhenprofil auch ein Breitenprofil aufweisen. Damit ändert sich also nicht nur die Höhe der Dichtfläche in Umfangsrichtung, sondern auch deren Breite.

Die erfindungsgemäße Flachdichtung ist bevorzugt dadurch erhältlich, dass die erhabene Dichtfläche in eine Dichtungsplatte eingeprägt wird. Dies schließt jedoch nicht aus, dass die erfindungsgemäße Flachdichtung auch durch ein anderes Herstellungsverfahren, beispielsweise ein materialabtragendes Verfahren oder eine Kombination von spanabhebenden Verfahren und Prägeverfahren erhalten wurde. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Flachdichtung mit Hilfe eines Prägeschrittes, bei dem die höhenprofilierte Dichtfläche unter Verringerung der Dicke der Dichtungsplatte eingeprägt wird, ist jedoch besonders einfach, schnell und kostengünstig. Der Prägevorgang erfolgt auf an sich bekannte Weise unter Verwendung herkömmlicher Werkzeuge. Falls erforderlich, kann sich an den Prägeschritt ein Kalibrierungsschritt zur Feineinstellung des Höhen- und/oder Breitenprofils anschließen. Außerdem können im Prägeschritt, wenn dies gewünscht wird, kleine erhabene Dichtstege auf der Dichtfläche mit eingeprägt werden, wie sie in der WO 97/01722 A1 zur Verbesserung der Mikroabdichtung beschrieben sind.

Das Prägen der Dichtfläche kann so erfolgen, dass nur ein Teil der Dichtfläche gegenüber der Ausgangsdicke der Dichtungsplatte in der Dicke verringert wird, während ein oder mehrere andere Abschnitte die ursprüngliche Dicke behalten und damit die höchsten Abschnitte der Dichtfläche darstellen. Bevorzugt ist es aber, die Dicke der Dichtungsplatte in allen Bereichen der Dichtfläche zu reduzieren. Das Prägen führt dabei zu einer Kaltverfestigung des Dichtungsmaterials und damit zu einer höheren Stabilität im geprägten Bereich.

Nach dem Prägen weist die Dichtungsplatte im Bereich der erhabenen Dichtfläche also zumindest teilweise eine geringere Dicke auf als die Anfangsdichte der Dichtungsplatte. In dieser Form ist die Dichtungsplatte als Flachdichtung nicht brauchbar, da die nicht geprägten Bereiche verhindern, dass die Dichtfläche ihre Stützfunktion ausüben kann. Die Erfindung löst dieses Problem auf die in Punkten a) bis c) beschriebene Weise.

In Variante a) wird auf die geprägte, höhenprofilierte Dichtfläche eine Auflage aufgelegt, deren Dicke ausreichend ist, um gemeinsam mit der Höhe der Dichtfläche eine Gesamtdicke zu ergeben, welche größer ist als die Ausgangsdicke der Dichtungsplatte. Die Auflage kann aus einer Beschichtung oder einem separaten Teil bestehen. Um die Standfestigkeit der Flachdichtung im Bereich der Dichtfläche zu erhalten, ist das Material zweckmäßig ebenfalls druck- und kriechfest sowie nicht höhenverformbar. Wie schon im Fall mehrlagiger Dichtungen beschrieben, kann sich das Höhenprofil auf die Dichtfläche der geprägten Dichtungslage beschränken, oder ein Höhenprofil kann sowohl in der erhabenen Dichtfläche als auch in der Auflage vorhanden sein, so dass sich insgesamt ein der Topographie des abzudichtenden Dichtspalts entsprechendes Höhenprofil ergibt. Die Höhenprofile können separat hergestellt sein oder gemeinsam, nämlich beispielsweise derart, dass die Auflage bereits vor dem Prägeschritt im Bereich der späteren Dichtfläche auf die Dichtungsplatte aufgelegt und gemeinsam mit der Dichtungsplatte geprägt wird.

In Variante b) werden die Bereiche, welche sich außerhalb der Dichtfläche befinden und eine Dicke von zumindest der Ausgangsdicke der Dichtungsplatte aufweisen, vollständig entfernt. Das heißt, es werden alle diejenigen Bereiche der Dichtungsplatte entfernt, welche verhindern, dass die zuvor eingeprägte Dichtfläche ihre Dicht- und Stützfunktion in der fertigen Flachdichtung ausüben kann. Das Entfernen dieser Bereiche erfolgt vorzugsweise durch Stanzen. Dabei werden zweckmäßig gleichzeitig auch die Durchgangsöffnungen der erfindungsgemäßen Flachdichtung eingestanzt.

In Variante c) schließlich werden Bereiche der Dichtungsplatte, welche sich außerhalb der Dichtfläche befinden und eine Dicke von zumindest der Ausgangsdicke der Dichtungsplatte aufweisen, aus der Ebene der Dichtungsplatte herausgebogen. Diese Variante eignet sich für Flachdichtungen, welche zum Abdichten von Gegenflächen verwendet werden, welche Aussparungen oder Ausnehmungen aufweisen. Die dicken Bereiche der Dichtungsplatte, welche die Dichtfunktion der geprägten Dichtfläche verhindern, werden in diese Aussparungen oder Ausnehmungen hineingebogen und stehen der Dichtfunktion der erhabenen Dichtfläche somit nicht mehr entgegen.

Die Varianten a) bis c) können auch in Kombination miteinander in einer Flachdichtung verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, im Bereich verschiedener Durchgangsöffnungen verschiedene Dichtungsvarianten einzusetzen. Außerdem ist eine Kombination der Varianten a) und b) denkbar, bei denen die Dichtflächen mit Auflagen versehen sind und zudem nicht geprägte Bereiche der Dichtungsplatte entfernt wurden.

Die beschriebenen Dichtungen sind auf einfache Weise erhältlich und können insbesondere ohne aufwändige materialabtragende Verfahren hergestellt werden. Die Materialwahl für die erfindungsgemäße Flachdichtung und insbesondere für die Lage, welche die höhenprofilierte Dichtfläche aufweist, richten sich in erster Linie nach der Art der beabsichtigten Verwendung. Geeignet sind beispielsweise druck- und kriechfeste, nicht höhenverformbare Kunststoffe, Keramik und insbesondere metallische Materialien. Grundsätzlich sind alle auch bisher für die entsprechenden Flachdichtungen verwendeten Materialien einsetzbar.

Wie bereits erwähnt, kann die erfindungsgemäße Flachdichtung mehr als eine Durchgangsöffnung aufweisen, welche von einer erhabenen, topographisch ausgebildeten Dichtfläche umgeben ist. Insbesondere im Fall der Variante b), in welcher Teile der Dichtungsplatte entfernt wurden, ist es sinnvoll, benachbarte Flächen untereinander zu verbinden. Hierzu dienen bevorzugt Verbindungsstege, deren Höhe geringer ist als die Ausgangsdicke der Dichtungsplatte mit den erhabenen Dichtflächen. Zweckmäßig werden diese Verbindungsstege gemeinsam mit den Dichtflächen geprägt, um so eine geeignete Höhe für diese einzustellen. Bei eng nebeneinander liegenden Durchgangsöffnungen können benachbarte Öffnungen umgebende Dichtflächen einen gemeinsamen Abschnitt teilen. Nach dem Wegstanzen der nicht benötigten Bereiche der Dichtungsplatte wird dann eine skelettartige Dichtungslage erhalten.

Auch die bereits beschriebenen metallischen Auflagen im Fall a) können untereinander über Verbindungsstege oder gemeinsame Abschnitte verbunden sein. Zweckmäßig ist es dabei, dass die Verbindungsstege, welche die Auflagen miteinander verbinden, auf den Verbindungsstegen für die Dichtflächen zu liegen kommen.

Die erfindungsgemäßen Flachdichtungen können in der vorstehend beschriebenen Form eingesetzt werden. Besonders flexibel verwendbar sind die Dichtungen jedoch, wenn sie wenigstens eine weitere Dichtungslage aufweisen, welche benachbart zu der die erhabene Dichtfläche aufweisenden Dichtungslage angeordnet ist. Bevorzugt handelt es sich bei der weiteren Dichtungslage um eine metallische Dichtungslage. Was die äußeren Abmessungen der weiteren Dichtungslage anbetrifft, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die weitere Dichtungslage zumindest dem äußeren Umfang der Dichtflächen-Dichtungslage entspricht. Besonders zweckmäßig kann es sein, wenn die weitere Dichtungslage zumindest abschnittweise über die Dichtflächen-Dichtungslage übersteht. Diese Variante eignet sich besonders, wenn verschiedene, zueinander benachbarte Teile mit ein und derselben Flachdichtung abgedichtet werden sollen. Zur Abdichtung eines weiteren Teils kann dann beispielsweise ausschließlich die überstehende weitere Dichtungslage eingesetzt werden.

In einer ersten Möglichkeit erstreckt sich die weitere Dichtungslage bis über die benachbarte erhabene Dichtfläche, beispielsweise bis an den Rand der von der Dichtfläche umschlossenen Durchgangsöffnung. In einem solchen Fall besitzt die weitere Dichtungslage beispielsweise eine im Wesentlichen der Grundfläche der Dichtflächen-Dichtungslage entsprechende Grundfläche, oder sie erstreckt sich am Rand noch über diese hinaus. Wie bereits erwähnt, berücksichtigt in diesem Fall der Überlagerung mehrerer Dichtungslagen im Bereich der topographisch ausgebildeten Dichtfläche das Höhenprofil der Dichtfläche diese zusätzliche Dichtungslage.

Bei der zweiten Möglichkeit weist die zweite Dichtungslage zumindest in ihrem der erhabenen Dichtfläche gegenüberliegenden Bereich eine Ausnehmung auf. In diesem Fall muss die weitere Dichtungslage also bei der Bemessung des Höhenprofils der erhabenen Dichtfläche nicht berücksichtigt werden.

Zweckmäßig sind Dichtflächen-Dichtungslage und weitere Dichtungslage aneinander befestigt. Hierzu eignet sich jedes übliche Befestigungsverfahren, zum Beispiel Verklammern, Verkleben, Verlöten oder Verschweißen. Bevorzugt erfolgt die Befestigung der weiteren Dichtungslage in einem außerhalb der Dichtfläche liegenden Bereich der Dichtflächen-Dichtungsplatte, der gegenüber der Ausgangsdicke verdünnt ist. Die Verdünnung erfolgt zweckmäßig im Prägeschritt gemeinsam mit dem Prägen der Dichtfläche.

Die weitere Dichtungslage kann lediglich zur Einstellung einer bestimmten Dicke der erfindungsgemäßen Flachdichtung verwendet werden und besitzt in diesem Falle zweckmäßig eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die weitere Dichtungslage zusätzliche Funktionselemente aufweist und hier insbesondere wenigstens ein elastisches Dichtelement. Damit ergibt sich die Möglichkeit, Durchgangsöffnungen, welche nicht von einer erhabenen, topographisch ausgebildeten Dichtfläche abgedichtet werden sollen, auf andere Weise abzudichten. Die Verteilung dieser unterschiedlichen Dichtelemente auf verschiedene Dichtungslagen macht die erfindungsgemäße Flachdichtung besonders flexibel und zudem leicht herstellbar. Dieses elastische Dichtelement kann zur Abdichtung von Bereichen verwendet werden, die sich mit standfesten Dichtungen nur schlecht abdichten lassen. Hier sei auf die eingangs beschriebenen Zylinderkopfdichtungen zur Abdichtung eines Kettenkastens oder eines Motors aus unterschiedlichen Materialien verwiesen. Standfeste, topographisch ausgebildete Bereiche der Dichtung können beispielsweise zur Abdichtung solcher Gegenflächen(abschnitte) eingesetzt werden, die relativ hart und mit relativ hohen Schraubenkräften beaufschlagbar sind, während weichere Gegenflächen(abschnitte) oder Formänderungen während des Betriebs bzw. größeren Fertigungstoleranzen unterliegende Abschnitte durch die elastischen Bereiche der erfindungsgemäßen Dichtung abgedichtet werden.

Zur Schaffung eines elastischen Dichtelements kann die weitere Dichtungslage beispielsweise gesickt werden, wobei die Sicke jede bislang übliche Form aufweisen kann. Zusätzlich oder alternativ kann in der weiteren Dichtungslage eine elastische Auftragung vorhanden sein. Als elastische Auftragung eignen sich elastomere Materialien wie insbesondere elastomere Kunststoffe.

Zusätzlich zu der beschriebenen weiteren Dichtungslage können noch weitere Dichtungslagen in der erfindungsgemäßen Flachdichtung vorhanden sein. Beispielsweise kann die Dichtflächen-Dichtungslage beidseitig von weiteren Dichtungslagen eingeschlossen sein. Auch noch weitere Dichtungslagen, die sich ganz oder nur teilweise über die Dichtflächen-Dichtungslage erstrecken, sind möglich. Denkbar sind außerdem weitere Dichtungslagen, die sich seitlich der Dichtflächen-Dichtungslage erstrecken und beispielsweise mit einer seitlich über die Dichtflächen-Dichtungslage vorstehenden weiteren Dichtungslage verbunden sind.

Der Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Flachdichtung ist nicht besonders beschränkt. Eine bevorzugte Anwendung liegt in solchen Bereichen, in denen die abzudichtenden Gegenflächen zumindest partiell stark gegeneinander durchgebogen sind oder bei denen im Einsatzfall starke Druckschwankungen auftreten. Eine bevorzugte Einsatzmöglichkeit liegt im Bereich von Motorendichtungen wie zum Beispiel Krümmerdichtungen und insbesondere Zylinderkopfdichtungen.

Ist die erfindungsgemäße Flachdichtung eine Zylinderkopfdichtung, ist die wenigstens eine von einer erhabenen Dichtfläche umgebene Durchgangsöffnung von Vorteil eine Brennraumöffnung, während die von einem elastischen Dichtelement umgebene Durchgangsöffnung ausgewählt ist aus einer Öl-, Wasser- oder Kettenkastenöffnung. Zum Beispiel werden alle Brennraumöffnungen jeweils von einer erhabenen Dichtfläche umgeben, während Öl- und Wasseröffnungen von elastischen Dichtelementen umgeben werden, welche in einer oder mehreren zusätzlichen Dichtungslagen ausgebildet sind.

Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Flachdichtung zum gleichzeitigen Abdichten eines Kettenkastens. Bei herkömmlichen Zylinderkopfdichtungen treten häufig im Grenzbereich zwischen Kettenkasten und Motorblock Probleme mit der Dichtigkeit auf. Sollen Kettenkasten und Zylinderblocköffnungen gleichzeitig optimal abgedichtet werden, sind bislang oft recht komplizierte Dichtungen erforderlich. Bei der erfindungsgemäßen Flachdichtung können diese Probleme vermieden werden, da die Dichtung im Bereich um die Brenn raumöffnungen, wo große Druckschwankungen auftreten, standfest ist und Vibrationen praktisch nicht in die Dichtung übertragen werden. Gleichzeitig ist durch die separate weitere Dichtungslage mit elastischen Dichtelementen eine flexible Abdichtung des Kettenkastens möglich und Fertigungstoleranzen können unproblematisch ausgeglichen werden.

Ebenfalls ausgezeichnet geeignet ist die erfindungsgemäße Dichtung als Zylinderkopfdichtung für die beschriebenen Al-Mg-Motorblöcke. Während der Kernbereich der Dichtung standfest ausgebildet ist und die im harten Aluminiumkern befindlichen Brennraumöffnungen abdichtet, befindet sich im Randbereich der Dichtung oberhalb des Mg-Mantels zweckmäßig nur wenigstens eine weitere Dichtungslage mit elastischen Dichtelementen. Diese elastischen Bereiche können den thermisch bedingten Dichtspaltänderungen im Mg-Bereich ohne weiteres folgen und sorgen hier für eine gute Dichtigkeit. Die weitere Dichtungslage ist vorzugsweise so an der topographischen Dichtungslage befestigt, dass eine Abstützung nur über den Al-Kern erfolgt und keine Befestigung im Mg-Bereich des Motorblocks erforderlich ist.

Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Flachdichtung auch als Zylinderkopfdichtung zum Abdichten von so genannten Open-Deck-Motoren. Bei diesen Motoren sind im Zylinderblock zwischen äußerer Wand und Zylinderrohr keine Zwischenstege vorhanden. Die erfindungsgemäße Dichtung ist nun so ausgebildet, dass in der Variante c) die aus der Ebene der Dichtflächen-Dichtungsplatte herausgebogenen Bereiche in den offenen Bereichen des Motorblocks zu liegen kommen. Damit beeinträchtigen die herausgebogenen dickeren Bereiche die auf dem Motorblock aufliegenden geprägten Bereiche der Dichtungsplatte nicht mehr in ihrer Dichtfunktion. Auf diese Weise kann eine sehr einfach herstellbare Zylinderkopfdichtung erhalten werden. In einer Weiterbildung dieser Dichtungen ist es möglich, innerhalb der herausgebogenen Bereiche als Ausgleichssicke wenigstens eine zur Motorblockseite weisende Auswölbung vorzusehen.

Die einzelnen Dichtungslagen einer erfindungsgemäßen Flachdichtung können zumindest einseitig und zumindest bereichsweise mit einer Beschichtung versehen sein. Unter einer Beschichtung – im Unterschied zu einer Dichtungslage – soll hier in üblicher Weise eine Auftragung verstanden werden, welche in ihrem gesamten Bereich an der zu beschichtenden Dichtungslage anliegt und an dieser anhaftet. Zudem wird eine Beschichtung üblicherweise eine deutlich geringere Dicke als die beschichtete Dichtungslage aufweisen. Zweck einer Beschichtung kann der Schutz der darunterliegenden Dichtungslage, eine Verbesserung der physikalischen Eigenschaften wie zum Beispiel der Gleitreibung sowie eine Verbesserung der Mikroabdichtung sein. Es können alle auch bisher für die jeweilige Flachdichtung geeigneten Beschichtungen verwendet werden. Besonders bevorzugt sind die aus der DE 19941410 A1 bekannten Beschichtungen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen schematisch:
1 eine teilweise Draufsicht auf ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung;
2 eine Draufsicht auf ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung;
3 einen schematischen teilweisen Querschnitt durch eine Vorform einer erfindungsgemäßen Flachdichtung im Bereich A-A der 1;
4 eine aus der Vorform gemäß 3 fertiggestellte Dichtung im Querschnitt entlang der Linie A-A;
5 ein weiteres Beispiel einer aus der Vorform gemäß 3 fertiggestellten Dichtung, ebenfalls im Querschnitt entlang der Linie A-A;
6 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung im Querschnitt entlang der Linie A-A der 1;
7 ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung im Querschnitt entlang der Linie B-B der 2;
8 die Dichtung gemäß 7 im Querschnitt entlang der Linie C-C;
9 ein anderes Beispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung im Bereich der Linie D-D der 2 im Querschnitt;
10 noch ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Flachdichtung im Querschnitt entlang der Linie D-D der 2;
11 eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flachdichtung in einer der 10 entsprechenden Darstellung;
12 noch ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen Dichtung im Querschnitt in dem den 9 bis 11 entsprechenden Bereich;
13 eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie B-B einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Flachdichtung, die zwischen Motorblock und Zylinderkopf eingespannt ist; und
14 eine alternative Ausführungsform der Dichtung gemäß 13 im selben Bereich, ebenfalls im Querschnitt.
1 und 2 zeigen schematisch Teildraufsichten auf erfindungsgemäße Dichtungen am Beispiel von Zylinderkopfdichtungen 1. Die Dichtungen 1 weisen neben im Inneren der Dichtungen gelegenen Brennraumöffnungen 3 Ölöffnungen 5, Wasseröffnungen 6 und Schraubenöffnungen 7 auf. Zusätzlich ist in der Dichtung gemäß 2 eine Öffnung 10 für einen Kettenkasten vorhanden. Größe und Verteilung der Öffnungen auf der Dichtungsfläche sind hier nur sehr schematisch wiedergegeben und lediglich dazu, das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Dichtungen zu zeigen.
1 zeigt die Draufsicht auf eine Dichtungsplatte 2, während in der Dichtung gemäß 2 zusätzlich zu der Dichtungsplatte 2 eine weitere Dichtungsplatte 11 vorhanden ist. In der im Inneren der Dichtung befindlichen Dichtungsplatte 2 sind die Brennraumöffnungen 3 sowie die diese umgebenden Schraubenöffnungen 7 angeordnet. Die Dichtungsplatte 11 umfasst die am äußeren Rand der Dichtung angeordneten Ölöffnungen 5, Wasseröffnungen 6 sowie Schraubenöffnungen 7 und die Kettenkastenöffnung 10.
Die Dichtungsplatten 2 bestehen jeweils aus einem druck- und kriechfesten, unter den Betriebsbedingungen der Zylinderkopfdichtungen nicht höhenverformbaren Material. Bevorzugt handelt es sich dabei um Metall.
In der Dichtungslage 2 sind erhabene Dichtflächen 4 herausgebildet, welche die Brennraumöffnungen 3 jeweils vollständig umgeben. Die Höhe der Dichtflächen ändert sich in Umfangsrichtung um die Brennraumöffnungen 3. Das Höhenprofil ist dabei der Topographie des Dichtspalts im Bereich der jeweiligen Brennraumöffnung entsprechend ausgebildet. Zusätzlich zu dem Höhenprofil kann die jeweilige Dichtfläche 4 auch eine Änderung ihrer Breite in Umfangsrichtung aufweisen. Die Ermittelung der Dichtspalt-Topographie erfolgt dabei wie aus dem Stand der Technik bekannt und beispielsweise in der EP 0485693 A1 beschrieben. Wie schon dort erwähnt, wachsen die erhabenen Dichtflächen 4 vorzugsweise sprungfrei aus der Dichtungsplatte 2 heraus. Die mit 4 bezeichneten Ringe verdeutlichen daher nur die ungefähre Lage der Scheitelflächen der Dichtflächen 4.
Neben den Brennraumöffnungen sind auch die weiteren Flüssigkeitsöffnungen, das heißt Ölöffnungen 5 und Wasseröffnungen 6, von Abdichteinrichtungen umgeben. Diese sind der Übersichtlichkeit halber in 1 und 2 genauso wenig dargestellt wie Abdichteinrichtungen um die Kettenkastenöffnung und Stützflächen um die Schraubenöffnungen, welche gegebenenfalls vorhanden sein können.
In den Dichtungen gemäß 1 kann die gesamte Dichtungsplatte 2 topographisch ausgebildet sein, so dass auch die Öl- und Wasseröffnungen von höhen- und /oder breitenprofilierten Dichtflächen umgeben sind, die in ihrer Topographie dem abzudichtenden Dichtspalt entsprechen. Alternativ können die Flüssigkeitsöffnungen 5 und 6 von elastischen Abdichteinrichtungen umgeben werden. Bei der elastischen Abdichteinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Siebdruckauftrag aus einem elastomeren Material handelt, der auf die Dichtungsplatte 2 aufgebracht wurde. Dies ist ebenfalls bereits in der EP 0485693 A1 beschrieben.
In den Dichtungen gemäß 2 sind die benachbart zum Dichtungsrand 8 angeordneten Flüssigkeitsöffnungen 5 und 6 und die Kettenkastenöffnung 10 in der Dichtungsplatte 11 ebenfalls von elastischen Abdichtelementen umgeben. Im Unterschied zur Dichtungsplatte 2 mit den topographisch ausgebildeten Dichtflächen 4 ist die Dichtungsplatte 11 in ihrer Dickenverteilung nicht topographisch ausgebildet und weist im Wesentli chen über ihre gesamte Fläche eine einheitliche Dicke auf. Bei den elastischen Abdichtelementen in dieser Platte handelt es sich zweckmäßig um in die Dichtungsplatte 11 eingeformte Sicken oder um auf die Dichtungsplatte 11 aufgebrachte elastomere Elemente. Konkrete Beispiele werden nachstehend noch beschrieben werden.
Die Topographie in der Dichtungsplatte 2 wird bevorzugt in einem Prägeverfahren hergestellt. Hierzu wird das gewünschte Höhenprofil mit Hilfe eines geeigneten Prägewerkzeugs, beispielsweise wie in der EP 0485693 A1 beschrieben, in eine Dichtungsplatte mit einer Ausgangsdicke D eingeprägt. Zweckmäßig wird das gesamte Höhenprofil der Dichtungsplatte 2 in einem einzigen Prägeschritt eingeprägt. Dabei wird das Material der Dichtungsplatte 2 gezielt in den Bereichen der späteren Dichtflächen 4 und gegebenenfalls in weiteren tragenden und die Flächenpressungen aufnehmenden Bereichen der Dichtung heruntergeprägt und in seiner Dicke verringert. Heruntergepresstes Material wird seitlich der geprägten Flächen herausgedrängt, so dass in diesen Bereichen die Dicke der geprägten Dichtungsplatte 2 eine größere Dicke als die Ausgangsdicke D der Dichtungsplatte aufweisen kann. 3 zeigt eine Dichtungs-Vorform nach dem Prägeschritt im Querschnitt entlang der Linie A-A in 1.
3 verdeutlicht, dass der Prägeschritt durchgeführt wird, bevor die Durchgangsöffnungen in die Dichtungsplatte 2 eingebracht werden. Dargestellt ist der Bereich zwischen zwei benachbarten Brennraumöffnungen (3 in 1), die durch einen Stegbereich 9 miteinander in Verbindung stehen. Jede der Brennraumöffnungen 3 ist für sich von einer kreisförmig geschlossenen Dichtfläche 4 umgegeben. Bei sehr eng beieinander liegenden Brennraumöffnungen 3 ist es aber möglich, dass die Dichtflächen 4 im Bereich zwischen den Brennraumöffnungen 3 zu einer einzigen Dichtfläche 4 zusammenlaufen, so dass dann der Stegbereich 9 entfallen würde.
Wie 3 zu entnehmen ist, sind die Dichtflächen 4 in ihrer Dicke, die hier mit d bezeichnet ist, gegenüber der Ausgangsdicke D reduziert. Die in 3 gezeigte Dichtungs-Vorform ist nach dem Prägeschritt so noch nicht als Dichtung zu gebrauchen. Die nicht geprägten Bereiche mit zumindest der Ausgangsdicke D verhindern, dass die Dichtflächen 4 ihre Stützfunktion ausüben und den Dichtspalt, welcher zwischen Motorblock und Zylinderkopf gebildet wird, ausfüllen können. Nachfolgend werden nun die verschiedenen erfindungsgemäßen Varianten beschrieben, mit denen dieses Problem umgangen werden kann.
In der Dichtung gemäß 4 sind auf die Dichtflächen 4 jeweils beidseitig Auflagen 12 aufgelegt. Die Dicke der Auflagen 12 ist dabei so bemessen, dass die Gesamtdicke d1 im Bereich der Dichtflächen 4 größer ist als in den nicht heruntergeprägten Bereichen der Dichtungsplatte 2, so dass die Dichtflächen 4 mit den Auflagen 12 ihre Stützfunktion ausüben und den abzudichtenden Dichtspalt zuverlässig abdichten können.
Die Auflagen 12 bestehen aus einem Material, welches genauso wie das Material der Dichtungsplatte 2 unter den Einsatzbedingungen der Zylinderkopfdichtung 1 druck- und kriechfest und nicht höhenverformbar ist. Bevorzugt handelt es sich um metallische Auflagen, es kann aber auch Keramik oder ein anderes geeignetes Material verwendet werden. In einer Variante werden die Auflagen 12 als ringförmige Auflagen, beispielsweise als gestanzte Metallringe, auf geeignete Weise auf den Dichtflächen 4 befestigt, zum Beispiel angeklebt, angelötet oder verschweißt. Die Auflagen 12 können jedoch auch angesintert werden.
Die im Bereich der Brennraumöffnungen 3 vorhandenen nicht geprägten Bereiche der Dichtungsplatte 2 sind in der Dichtung gemäß 4 entfernt. Dies geschieht bevorzugt durch einen Stanzschritt, der vor oder nach dem Anbringen der Auflagen 12 durchgeführt werden kann. Zweckmäßig werden mit dem Öffnen der Brennraumöffnungen auch alle anderen Öffnungen in die Dichtfläche eingestanzt, so dass nur ein Stanzschritt erforderlich ist.
5 zeigt eine Abwandlung der Dichtung gemäß 4. In letzterer ist der Verbindungsbereich zwischen den Brennraumöffnungen 3 nicht im Prägeschritt mit heruntergeprägt und daher im Wesentlichen in seiner ursprünglichen Höhe erhalten geblieben. Die auf die Dichtflächen 4 aufgelegten Auflagen 12 sind jeweils als einzelne Ringe ausgebildet. In der Dichtung gemäß 5 hingegen ist der Verbindungsbereich zwischen benachbarten Brennraumöffnungen 3 zumindest bereichsweise in seiner Dicke mit heruntergeprägt, sodass zwischen benachbarten Brennraumöffnungen ein geprägter Verbindungssteg 9 entstanden ist, der im Querschnitt gemäß 3 und in der Draufsicht der 1 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Ober- und unterhalb dieses Verbindungsstegs 9 in der Dichtungslage 2 sind benachbarte ringförmige Auflagen 12 jeweils mit einem schmalen Verbindungssteg 12' miteinander verbunden. Anstelle einzelner ringförmiger Auflagen 12 kann daher eine brillenartige Auflage für mehrere benachbarte Dichtflächen 4 verwendet werden. Die reduzierte Teilezahl erleichtert die Handhabung.
Die in 4 und 5 beschriebenen Dichtungen entsprechen der Variante a) der Erfindung, in der die Herstellung des Höhenprofils der tragenden und die Flächenpressung aufnehmenden Bereiche der topographischen Dichtungsplatte durch einen einfachen dickenreduzierenden Herunterprägeschritt ermöglicht wird, indem auf die geprägten Dichtflächen eine dickenerhöhende Auflage aufgebracht wird. In den gezeigten Beispielen wurden die Auflagen 12 erst nach Ausführung des Prägeverfahrens aufgelegt. Es ist alternativ jedoch ebenfalls möglich, die Auflagen 12 schon vor dem Prägeschritt auf die nicht geprägte Dichtungslage aufzubringen und die Auflagen 12 gemeinsam mit den späteren Dichtflächen 4 zu prägen. Es hängt dann von der Art der Dichtungsplatte 2 und der Auflagen 12 ab, in welcher Verteilung zwischen beiden Schichten das Höhenprofil ausgebildet wird. Üblicherweise wird sich sowohl in den Auflagen 12 als auch in den Dichtflächen 4 der Dichtungsplatte 2 eine Dickenänderung des Materials in Umfangsrichtung einstellen. Dagegen wird zweckmäßig bei nachträglich auf die Dichtungslage 2 aufgelegten Auflagen 12 die Dickenänderung in Umfangsrichtung in der Dichtungsplatte 2 ausgebildet sein, während die Auflagen 12 eine konstante Dicke aufweisen. Grundsätzlich ist es jedoch ebenfalls denkbar, sowohl die Dichtflächen 4 als auch die Auflagen 12 jeweils gesondert mit einem in Umfangsrichtung sich ändernden Höhenprofil auszubilden, obwohl dies natürlich in der Herstellung aufwändiger wird.
6 bis 12 beschreiben Dichtungen, welche der Variante b) der Erfindung entsprechen. Vorstufe dieser Dichtungen ist erneut eine geprägte Dichtungsvorform, wie sie beispielhaft in 3 ausschnittweise dargestellt ist. Hier werden jedoch nicht die geprägten Bereiche der Dichtungsplatte 2 in ihrer Dicke aufgebaut, sondern es werden diejenigen Bereiche der Dichtungsplatte entfernt, welche in ihrer Höhe über die geprägten tragenden Dichtflächen vorstehen und diese in ihrer Stützfunktion behindern. Bevorzugt erfolgt das Entfernen dieser Dichtungsbereiche gleichzeitig mit dem Einbringen der Durchgangsöffnungen in die Dichtungsplatte 2. Besonders einfach ist es, wenn sämtliche Durchgangsöffnungen gemeinsam mit den störenden, nicht geprägten Bereichen der Dichtungsplatte 2 ausgestanzt werden. Bevorzugt ist es dabei, wenn die tragenden Dichtflächen durch geprägte Verbindungsstege miteinander verbunden sind, so dass nach dem Wegstanzen der nicht benötigten Bereiche der Dichtungsplatte 2 eine skelettartige Dichtungsstruktur aus tragenden Dichtflächen und Verbindungsstegen zurückbleibt.
6 zeigt einen Ausschnitt aus einer solchen skelettartigen Struktur der Dichtungsplatte 2 im Querschnitt entlang der Verbindungslinie A-A in 1. Aus einer Vorform, wie sie in 3 dargestellt ist, wobei im Verbindungsbereich zwischen den Dichtflächen 4 ein verdünnter Verbindungssteg 9 eingeprägt wurde, wie er durch die gestrichelten Linien angedeutet ist, werden in einem Stanzschritt die Durchgangsöffnungen eingestanzt und ebenso alle nicht heruntergeprägten Bereiche der Dichtung, welche keine erhabenen Dichtflächen sind und keine Verbindungsstege, weggestanzt. Nach dem Stanzschritt wird daher eine skelettartige Struktur erhalten, welche von profilierten Dichtflächen umgebene Durchgangsöffnungen umfasst und Verbindungsstege, welche diese topographisch ausgebildeten Dichtflächen miteinander verbinden. Außerdem können zusätzliche stützende Dichtkufen vorhanden sein, die mit einer der Topographie des Dichtspalts zwischen Motorblock und Zylinderkopf entsprechenden Höhenprofilierung ausgestattet sind und beim Zusammenspannen von Motorblock und Zylinderkopf Flächenpressung aufnehmen. Eine solche Dichtkufe kann beispielsweise entlang des Dichtungsrandes verlaufen und ist zweckmäßig ebenfalls über Verbindungsstege mit den restlichen Elementen der Dichtungsplatte 2 verbunden.
Es ist jedoch ebenfalls möglich, auf Verbindungsstege zwischen den höhenprofilierten Dichtflächen 4 der Dichtungslage 2 zu verzichten. Diese Variante eignet sich besonders bei mehrlagigen Dichtungen. Zweckmäßig sind in diesem Fall die geprägten erhabenen Dichtflächen an einer zusätzlichen Dichtungsplatte befestigt. 7 zeigt ein mögliches Beispiel. Gezeigt ist erneut ein Querschnitt durch die Dichtung im Bereich zwischen benachbarten Brennraumöffnungen 3. Es kann sich dabei um einen Querschnitt entlang der Linie B-B gemäß 2 handeln, bei welcher sich benachbart zur Dichtungslage 2 eine weitere Dichtungslage 11 befindet, die allseitig über die Dichtungslage 2 vorsteht. Genauso gut kann es sich jedoch um einen Querschnitt entlang der Linse A-A der 1 handeln, wobei sich unterhalb der Dichtungsplatte eine weitere Dichtungslage 11 befindet, die in ihren äußeren Abmessungen im Wesentlichen der Dichtungsplatte 2 entspricht. Im Unterschied zur Dichtung gemäß 6 ist in der Dichtung gemäß 7 zwischen den benachbarten Dichtflächen 4 kein Verbindungssteg 9 vorhanden. Das heißt, in der Dichtungs-Vorform gemäß 3 wurde kein Verbindungssteg 9 eingeprägt, sondern der Zwischenbereich weist im Wesentlichen die ursprüngliche Dicke D der Dichtungsplatte 2 auf, wie dies mit der durchgezogenen Linie in diesem Zwischenbereich dargestellt ist.
Die Dichtungsplatte 11 in der Dichtung gemäß 7 weist zweckmäßig über ihre gesamte Fläche eine konstante Dicke auf. Da sie sich über die profilierten Dichtflächen 4 bis zu den Brennraumöffnungen 3 erstreckt, muss ihre Dicke bei der Bemessung des Höhenprofils der Dichtflächen 4 berücksichtigt werden, damit das Gesamt-Höhenprofil von Dichtflächen 4 plus Dichtungsplatte 11 der Topographie des Dichtspalts in diesem Bereich entspricht. Im gezeigten Fall befindet sich dabei die Dichtungsplatte 11 auf der Motorblockseite und entsprechend die Dichtungslage 2 mit den geprägten Dichtflächen 4 auf der Zylinderkopfseite. Gleiches gilt für die in den nachfolgenden 8 bis 12 dargestellten Dichtungen.
8 zeigt die Dichtung gemäß 7 im Bereich zum Dichtungsrand 8 hin im Querschnitt entlang der Linie C-C der 2. Dieses Beispiel verdeutlicht die Kombination eines standfesten, nicht dickenverformbaren Abdichtungsbereiches, wie er beispielsweise aus der EP 0485693 A1 bekannt ist, mit einer herkömmlichen elastischen Abdichtung einer Durchgangsöffnung. Im gezeigten Fall sind die Brennraumöffnungen 3 nichtelastisch mit topographisch ausgebildeten Dichtflächen 4 abgedichtet, wie dies bereits im Zusammenhang mit 7 beschrieben wurde. Der Randbereich der Dichtung 1 wird jedoch ausschließlich von elastischen Dichtelementen abgedichtet, welche in der Dichtungsplatte 11 ausgebildet sind. Als elastische Dichtelementen dienen hier Sicken 13, welche die Ölöffnungen 5, die Wasseröffnungen 6 sowie die Kettenkastenöffnung 10 vollständig umlaufen. 8 zeigt die elastische Abdichtung anhand einer Sicke 13, welche eine Wasseröffnung 6 vollständig umgibt. Die Sicke 13 ist hier rund, es kann sich jedoch genauso gut um eine eckige Sicke oder Halbsicke handeln. Zusätzlich ist am Dichtungsrand 8 ein weiteres elastisches Dichtelement vorhanden, nämlich eine Halbsicke 14, welche entlang des äußeren Dichtungsrandes umläuft. Bevorzugtes Material der Dichtungslage 11 ist Federstahl.
Die gezeigte Dichtung eignet sich besonders gut für Motoren, die einen harten inneren Kern und einen weicheren äußeren Mantel aufweisen. Beispielsweise kann der die Brennraumöffnungen 3 enthaltene Motorkern aus Aluminium bestehen, während der äußere Mantel mit den Ölöffnungen 5 und Wasseröffnungen 6 aus Magnesium besteht. Die sehr unterschiedliche Härte dieser beiden Metalle und deren unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten erschweren eine zuverlässige Abdichtung sämtlicher Durchgangsöffnungen mit herkömmlichen, rein elastischen Dichtungen einerseits und rein standfest ausgebildeten topographischen Dich tungen andererseits außerordentlich. In ersterem Fall führt bestenfalls eine sehr komplizierte Dichtungsstruktur zu zufriedenstellenden Ergebnissen mit nicht immer optimaler Abdichtung vor allem der Brennraumöffnungen, während in letzterem Fall nicht-elastische topographische Dichtungen zu einer ungenügenden Abdichtung der Flüssigkeitsöffnungen am Dichtungsrand führen. Der Grund liegt vor allem darin, dass einerseits aufgrund der geringen mechanischen Festigkeit des Magnesiums im Randbereich keine hinreichenden Flächenpressungen erzielt werden können und andererseits die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der metallischen Materialien zu Änderungen des Dichtspalts in Abhängigkeit von der Temperatur führen, die mit einer nicht-elastischen Dichtung kaum ausgeglichen werden können.
Die erfindungsgemäßen mehrlagigen Dichtungen mit standfesten und elastischen Bereichen lösen dieses Problem in nahezu idealer Weise. Die standfesten, nicht dickenverformbaren Dichtflächenbereiche ermöglichen eine zuverlässige Abdichtung der stark temperatur- und druckbelasteten Brennraumöffnungen 3, sorgen hier für eine gleichmäßige Flächenpressungsverteilung bei relativ geringen Schraubenkräften und verhindern zudem, dass Vibrationen in den Randbereich der Dichtung weitergeleitet werden. In den Randbereichen der Dichtung dagegen nehmen die elastischen Elemente der Dichtungsplatte 11 die durch die starke Wärmeausdehnung des Magnesiums verursachten Dichtspaltänderungen ohne Weiteres auf. Die Dichtungsplatte 11 ist zudem bevorzugt in den standfesten Bereich der Dichtung oberhalb des härteren Aluminium-Kerns des Motorblocks hineingeführt. Im gezeigten Fall verläuft die Dichtungsplatte 11 bis an den Rand der Brennraumöffnungen 3 heran. Dadurch stützt sich die elastische Dichtungsplatte 11 auf dem harten Aluminium-Kern des Motorsblocks ab, was eine mechanische Belastung des weicheren Magnesium-Randes reduziert. Dadurch kann weitgehend verhindert werden, dass sich die erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung 1 in den Magnesiummantel des Motorblocks eingräbt. Außerdem kann die Anzahl der Befestigungsschrauben im Randbereich stark reduziert werden, und der Zusammenspanndruck muss nur gering sein.
Auch die Abdichtung einer Kettenkastenöffnung gelingt mit der erfindungsgemäßen Dichtung auf zuverlässige Weise. Problematisch bei der Abdichtung von Kettenkästen ist unter anderem, dass abhängig von Fertigungstoleranzen und Abweichungen bei der Anbringung der Kettenkästen von Motor zu Motor verschiedene Versätze und Sprünge in der Dichtungsfläche auftreten. Diese variablen Sprünge in der abzudichtenden Gegenfläche lassen sich mit rein standfesten Dichtungen praktisch nicht überbrücken. Dies gelingt jedoch bei den erfindungsgemäßen Dichtungen, welche standfeste Bereiche mit nicht standfesten, elastischen Bereichen kombiniert. Verschiedene Möglichkeiten der Anbindung und Abdichtung von Kettenkästenöffnungen sind in den 9 bis 12 beschrieben. Diese zeigen Querschnitte entlang der Linie D-D in 2.
9 zeigt eine einfache Variante, in welcher die Kettenkastenöffnung 10 von einer Halbsicke 14 umlaufen wird, welche in der elastischen Dichtungsplatte 11 ausgebildet ist. Die Brennraumöffnungen 3 sind erneut von standfesten, topographisch ausgebildeten Dichtflächen 4 umgeben. Im Unterschied zu der in 7 beschriebenen Dichtung verläuft die Dichtungsplatte 11 jedoch nicht unterhalb der Dichtungsplatte 2, so dass letztere bei Bemessung des Höhenprofils der Dichtfläche 4 entsprechend der Topographie des abzudichtenden Dichtspalts nicht berücksichtigt werden muss. Vielmehr ist hier in der Dichtungsplatte 2 im Bereich des äußeren Randes der erhabenen Dichtfläche 4 zur Motorblockseite hin eine Ausnehmung 15 vorhanden, deren Höhe im Wesentlichen der Dicke der Dichtungsplatte 11 entspricht. In dieser Ausnehmung 15 ist der innere Randbereich der Dichtungsplatte 11 an der Dichtungsplatte 2 befestigt.
10 zeigt eine Weiterbildung des in 9 beschriebenen Bereiches der Dichtung. Hier endet die Dichtungsplatte 2 nicht mit der erhabenen Dichtfläche 4, sondern zusätzlich ist zum Randbereich 8 der Dichtung hin eine weitere erhabene Dichtkufe 16 vorhanden. Diese ist zweckmäßig wie die Dichtfläche 4 in ihrer Höhe und gegebenenfalls auch in ihrer Breite profiliert und der Topographie des abzudichtenden Dichtspalts in diesem Bereich angepasst. Die Dichtkufe 16 nimmt also beim Befestigen des Zylinderkopfes auf dem Motorblock ebenso einen Teil des Zusammenspanndrucks auf und hat tragende und stützende Funktion. Zweckmäßig wird die Dichtkufe 16 gemeinsam mit den Dichtflächen 4 in ein und demselben Prägeschritt hergestellt. Außerdem kann die Dichtkufe 16 über einen Verbindungssteg 9, der hier nicht dargestellt ist, an einer benachbarten Dichtfläche 4 oder einem sonstigen Bereich der Dichtungsplatte 2 befestigt sein. Die Dichtkufe 16 führt einerseits zu einer stabileren Befestigung der elastischen Dichtungsplatte 11 am standfesten Bereich der Dichtung 1 und wirkt andererseits als Stopper für die Halbsicke 14. Die Dichtkufe 16 verhindert also, dass die Halbsicke 14 bei Betrieb der Dichtung vollständig abgeflacht wird. Dies erhöht die Lebensdauer der Halbsicke 14.
11 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung, welcher hinsichtlich der Ausbildung der erhabenen Dichtfläche 4, der Dichtkufe 16 und der Anbringung der weiteren Dichtungslage 11 im Wesentlichen der Dichtung gemäß 10 entspricht. Zusätzlich zu dieser ist hier nun aber ein Verbindungssteg 9 vorhanden, welcher Dichtkufe 16 und Dichtfläche 4 miteinander verbindet. Das elastische Dichtelement zur Abdichtung der Kettenkastenöffnung 10 besteht hier nicht aus einer Sicke, sondern aus einer Auftragung 17 aus einem elastomeren Kunststoff. Geeignet sind hier alle Elastomere, die bereits auch bisher zur elastischen Abdichtung von Durchgangsöffnungen in Dichtungen verwendet wurden. Bevorzugt wird das Elastomer 17 in einem Siebdruckverfahren auf die Dichtungsplatte 11 aufgebracht.
12 zeigt eine weitere Variante der Kettenkastenabdichtung. Im Unterschied zu den in 9 bis 11 gezeigten Varianten ist hier die Dichtungsplatte 11 erneut bis an den Rand der Brennraumöffnung 3 herangeführt, so dass die Dicke der Dichtungsplatte 11 bei der Bemessung des Höhenprofils in der Dichtungslage 2 zu berücksichtigen ist. Die Abdichtung der Kettenkastenöffnung 10 erfolgt erneut mit einer Halbsicke 14, die jedoch im Unterschied zu den Dichtungen gemäß 9 und 10 andersherum orientiert ist, nämlich von oben nach unten in Richtung auf die Kettenkastenöffnung 10 hin geführt. Zum Höhenausgleich ist daher benachbart zur Dichtfläche 4 in der Dichtungsplatte 11 eine Kröpfung 18 vorhanden. Die Halbsicke 14 wird er neut von einer Dichtkufe 16 stabilisiert, die nun auf der Motorblockseite der Dichtungslage 11 angeordnet ist. Wie schon in den vorangegangenen Beispielen befindet sich die Dichtkufe 16 zweckmäßig noch oberhalb des härteren Aluminiumkern-Bereich des Motorblocks.
13 und 14 schließlich zeigen erfindungsgemäße Dichtungen am Beispiel von Zylinderkopfdichtungen gemäß Variante c) der Erfindung. 13 zeigt die erfindungsgemäße Dichtung 1 im Querschnitt eingespannt zwischen einem Motorblock 19 und einem Zylinderkopf 22. Bei dem Moorblock 19 handelt es sich um einen so genannten Open-Deck-Motor, der zwischen äußerer Wand 20 und den Zylinderwänden 21 zum Zylinderkopf 22 hin offene Bereiche 23 aufweist. Die Zylinderkopfdichtung 1 kann erneut aus einer Dichtungs-Vorform hergestellt werden, wie sie beispielhaft in 3 wiedergegeben ist. Die in dieser Vorform seitlich der geprägten Dichtflächen 4 befindlichen nicht geprägten Dichtungsbereiche im Bereich der Brennraumöffnungen 3 sowie die übrigen Durchgangsöffnungen der Dichtung wurden durch einen Stanzschritt entfernt Damit verbleiben außerhalb der eingestanzten Durchgangsöffnungen immer noch nicht geprägte Bereiche mit wenigstens der Ausgangsdicke D der Dichtungsplatte 2, welche über die Oberflächen der geprägten Dichtungsflächen 4 hervorstehen und diese in ihrer Stützfunktion beeinträchtigen. Gemäß Variante c) der Erfindung sind diese höheren Bereiche aus der Ebene der Dichtungsplatte 2 herausgebogen. Das Herausbiegen erfolgt dabei so, dass die nicht geprägten, dicken Bereiche in den Öffnungen 23 zu liegen kommen, wie dies 13 zu entnehmen ist.
Das Herausbiegen wird dadurch erleichtert, dass die Verbindungsbereiche 24 zwischen geprägten Dichtflächen 4 und nicht geprägten Bereichen zumindest der Dicke D auf eine Dicke d2 reduziert sind, welche geringer ist als die Dicke d der geprägten Dichtflächen 4. Diese Dickenreduzierung erfolgt zweckmäßig gemeinsam mit dem Prägen des Höhenprofils der Dichtflächen 4.
14 zeigt einer Weiterbildung der Dichtung gemäß 13. Hier ist bereits im Prägeverfahren für die Dichtflächen 4 in den Bereich, der später aus der Ebene der Dichtungsplatte 2 herausgebogen werden soll, eine Ausgleichssicke 25 eingeprägt.
Alle vorstehend beschriebenen Dichtungen können beschichtet sein. Die Beschichtung ist zweckmäßig zumindest dort vorhanden, wo die Dichtungen mit den abzudichtenden Gegenflächen von Motorblock und Zylinderkopf in Kontakt treten. Die Beschichtungen, die hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind, bestehen bevorzugt aus einer Beschichtung, wie sie von der Anmelderin in der DE 19941410 A1 beschrieben wurde.

Claims

Flachdichtung, insbesondere metallische Flachdichtung, mit wenigstens einer Dichtungslage, welche wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist, die zumindest einseitig von einer in sich geschlossenen erhabenen Dichtfläche vollständig umgeben ist, wobei die Dichtfläche aus einem unter den Belastungen des Einsatzfalles druck- und kriechfesten, nicht höhenverformbaren Material besteht und ein Höhenprofil aufweist, welches im Wesentlichen der Topographie des zwischen den abzudichtenden Gegenflächen und gegebenenfalls weiteren Dichtungslagen gebildeten Dichtspalts entspricht, welche dadurch erhältlich ist, dass die Dichtfläche in eine Dichtungsplatte so eingeprägt wird, dass die Dicke der Dichtungsplatte im Bereich der Dichtfläche zumindest teilweise gegenüber der Ausgangsdicke der Dichtungsplatte reduziert ist, und sie weiter wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist: a) im Bereich der Dichtfläche ist eine Auflage mit einer Dicke vorhanden, die gemeinsam mit der Höhe der Dichtfläche eine Gesamtdicke ergibt, welche größer ist als die Ausgangsdicke der Dichtungsplatte; b) Bereiche der Dichtungsplatte, welche sich außerhalb der Dichtfläche befinden und eine Dicke von zumindest der Ausgangsdicke der Dichtungsplatte aufweisen, sind vollständig entfernt worden; und c) Bereiche der Dichtungsplatte, welche sich außerhalb der Dichtfläche befinden und eine Dicke von zumindest der Ausgangsdicke der Dichtungsplatte aufweisen, sind aus der Ebene der Dichtungsplatte herausgebogen.
Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere von Dichtflächen umgebene Durchgangsöffnungen aufweist und benachbarte Dichtflächen jeweils durch wenigstens einen Verbindungssteg mit einer Höhe, die geringer ist als die Ausgangsdicke der Dichtungsplatte, verbunden ist.
Flachdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall a) die Auflage als separate Lage und insbesondere als separate metallische Lage ausgebildet ist.
Flachdichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Auflagen über Verbindungsstege miteinander verbunden sind, welche auf den Verbindungsstegen für die Dichtflächen zu liegen kommen.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine weitere, insbesondere metallische, Dichtungslage umfasst, welche benachbart zu der die erhabene Dichtfläche ausweisenden Dichtungslage angeordnet ist und insbesondere zumindest deren äußeren Abmessungen entspricht.
Flachdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Dichtungslage sich bis über die erhabene Dichtfläche erstreckt.
Flachdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Dichtungslage zumindest in ihrem der erhabenen Dichtfläche gegenüber liegenden Bereich eine Ausnehmung aufweist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Dichtungslage an einem außerhalb der Dichtfläche liegenden verdünnten Bereich der Dichtungsplatte befestigt ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Dichtungslage wenigstens ein elastisches Dichtelement, insbesondere eine Sicke oder eine Auftragung aus einem elastomeren Material, aufweist.
Flachdichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Dichtelement eine sich durch die Dichtungslagen erstreckende Durchgangsöffnung umgibt, die nicht von einer erhabenen Dichtfläche umgeben ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Dichtungslage zumindest im Bereich einer Seite seitlich über die die erhabene Dichtfläche aufweisende Dichtungslage vorsteht.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, nämlich Zylinderkopfdichtung.
Flachdichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine von einer erhabenen Dichtfläche umgebene Durchgangsöffnung eine Brennraumöffnung ist und die von einem elastischen Dichtelement umgebene Durchgangsöffnung ausgewählt ist aus einer Öl-, Wasser- oder Kettenkastenöffnung.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Dichtungslagen zumindest einseitig und zumindest bereichsweise mit einer Beschichtung versehen ist.
Flachdichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, nämlich Zylinderkopfdichtung für einen Open-Deck-Motor, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall c) die aus der Ebene der Dichtungsplatte herausgebogenen Bereiche offenen Bereichen des Motorblocks zwischen einer Zylinderwand und einer äußeren Wand entsprechen.
Flachdichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in den herausgebogenen Bereichen wenigstens eine zur Motorblockseite weisende Auswölbung vorhanden ist.