DE4421219A1 - Metallische Flachdichtung mit örtlich einstellbarer Verformbarkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung, insbesondere eine metallische Zylinderkopfdichtung.

Flachdichtungen zur Abdichtung von nicht völlig starren Bau­ teilen haben die Aufgabe, sich an Unebenheiten und Verfor­ mungen der abzudichtenden Flächen so anzupassen, daß eine für die Abdichtung ausreichende Flächendichtung entsteht.

Bekannt sind die verschiedensten Lösungen von der Weichstoff­ dichtung, welche aus einem Gemisch von Kunststoff-Fasern und Gummibestandteilen besteht, über reine Gummidichtungen, Weichkupfer- und Bleiringen bis hin zu gesickten Blechdich­ tungen.

Aus der EP 0 485 693 ist eine Flachdichtung, insbesondere ei­ ne Zylinderkopfdichtung bekannt, die aus einem druckfesten nicht verformbaren Werkstoff besteht. Dieser ist im Unter­ schied zu anderen Dichtungen bereits vor dem Einbau bleibend verformt, so daß er also an die Topographie des zu dichtenden Gegenstands angepaßt ist.

Da insbesondere bei Zylinderkopfdichtungen verschiedenste Dichtaufgaben gelöst werden müssen, wie z. B. in den Bereichen zwischen hochgespannten Gasen und Öl- und Wasserableitungen, müssen für die zuletzt genannten Bereiche zusätzlich elastomere Abdichtungen vorgesehen sein. Bei Zylinderkopfdichtungen können diese Bereiche nahe beieinander liegen und des weiteren können Bereiche vorhanden sein, die lediglich Stützfunktionen haben.

Diese Umstände bedingen oftmals eine aufwendige Konstruktion mit Zusatzmaßnahmen wie Einfassungen und dergleichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Flachdichtung anzugeben, welche auf einfache Weise herstellbar ist und die oben genannten Anforderungen erfüllt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Flachdichtung ein­ stückig und wenigstens an einer Stelle durch aussparende Form­ gebung an wenigstens einer der einander gegenüberliegenden Oberflächen ausgebildet ist, wobei die Aussparungen jeweils einen Verdrängungsraum bilden.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sind Kennzeichen der Unteransprüche.

Vorteil der erfindungsgemäßen Flachdichtung ist, daß sie ein­ stückig gefertigt werden kann und somit keine zusätzlichen Arbeitsgänge zum Anbringen zusätzlicher Abdichtungen bzw. Einfassungen notwendig sind.

Ein weiterer Vorteil ist, daß bei der Abdichtung zweier unter­ schiedlicher Materialien, wie z. B. einem Graugußblock und einem Aluminium-Kopf, durch entsprechende Prägungen bzw. Aussparungen der Dichtung eine einfache Anpassung an die jeweiligen Werk­ stoffeigenschaften möglich wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der detaillierteren nachfol­ genden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele an Hand der jeweiligen Figuren.

Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Flachdichtung,

Fig. 2 eine teilweise Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Flachdichtung,

Fig. 3 bis 7 teilweise perspektivische Schnittansichten weiterer erfindungsgemäßer Flachdichtungen,

Fig. 8 eine schematische Teil-Draufsicht auf eine Flachdichtung,

Fig. 9 eine teilweise Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in Fig. 8.

Die in Fig. 8 in Teil-Draufsicht dargestellte Zylinderkopf­ dichtung 1 weist beispielsweise eine Dichtungsplatte 6 aus einem Werkstoff auf, der im Einbauzustand und unter Betriebsbe­ dingungen druckfest und nicht dickenverformbar ist, beispiels­ weise Aluminium oder hitzebeständiger Kunststoff. Sie kann, wie es beispielsweise in der EP 0 485 693 A1 beschrieben ist, aus der Zeichenebene heraustretende topographische Oberflächen aufweisen. Mit 2 ist eine Brennraumdurchtrittsöffnung bezeich­ net und mit 3 Bereiche, welche eine nichttragende Funktion aufweisen. Innerhalb dieser Bereiche befinden sich beispiels­ weise Öffnungen 5 für Wasser- bzw. Ölableitungen und derglei­ chen. Mit 4 sind weitere Öffnungen zum Durchlaß für Schraubver­ bindungen dargestellt.

Erfindungsgemäß können nun insbesondere die Bereiche um die Öffnungen 5 derart ausgebildet sein, daß sie ein- oder zweisei­ tige Aussparungen , welche z. B. durch Prägung erzielbar sind, aufweisen. Die dadurch gebildeten Dichtungskörper können dann je nach eingeprägter Querschnittsform unterschiedliche Ver­ formungseigenschaften bzw. Dichtungseigenschaften haben.

Wie in den nachfolgend mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 beschriebenen Beispielen dargestellt, können durch einseitige oder zweiseitige Prägung zwischen den eingeprägten Verdrän­ gungsräumen innere Querschnittsflächen geschaffen werden, die entsprechend ihren Wanddicken unterschiedlichen Verformungs­ kräften standhalten. Die Formen lassen sich dabei so gestal­ ten, daß die Dickenverformung der Dichtung durch Stauchung oder durch Biegung entsteht.

Je nach abzudichtendem Bauteil und dessen Werkstoff ist die mögliche Dichtpressung zu begrenzen, um ein Eindringen der Dichtung in die Gegenfläche zu verhindern. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die tragenden Flächen entsprechend groß oder die inneren Querschnitte entsprechend dünn ausgebildet werden. Mit beiden Maßnahmen zusammen wird die Pressung fest­ gelegt, bei der die Dickenverformung beginnt.

In Fig. 1 ist eine perspektivische Teil-Schnittansicht, z. B. innerhalb des Bereichs um eine der Öffnungen 5, einer erfin­ dungsgemäßen Flachdichtung dargestellt. Die beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen der Flachdichtung sind dabei mit 12 und 13 bezeichnet. Die Schnittfläche ist mit 10 be­ zeichnet und die in die Oberflächen 12, 13 eingebrachten Prägungen mit 11.

Hier sind die Aussparungen beziehungsweise die durch die Prä­ gung entstandenen Hohlräume 11 spiegelbildlich angeordnet. Durch diese Anordnung entstehen zwischen den Aussparungen 11 kompakte Tragelemente 16. Die Fließgrenze einer derartigen Anordnung liegt aufgrund des großen inneren Querschnitts sehr hoch, was vornehmlich zu einer Anwendung als Gasabdichtung oder als Abstützung führt.

In Fig. 2 ist lediglich die Querschnittsfläche einer Variante zu der in Fig. 1 dargestellten Querschnittsform gezeigt. Diese weist im Unterschied zu der in Fig. 1 gezeigten unterschiedlich tiefe Aussparungen 11 aus, die z. B. dadurch entstehen, daß man auf einer Seite 13 die tragende Fläche kleiner als auf der anderen Seite 12 macht. Auf diese Weise können z. B. Anpassungen an unterschiedliche Gegenflächen, wie z. B. an Aluminium und an Grauguß, vorgenommen werden. Für eine Zylinderkopfdichtung wird man z. B. bei einem Aluminium-Kopf und einem Grauguß-Block die dem Aluminium-Kopf zugewandten Flächen spezifisch größer machen als die dem härteren Grauguß-Block zugewandten Flächen.

Im Extremfall kann eine Anordnung gemäß Fig. 3 entstehen, bei der auf einer Seite 12 keine Aussparungen vorgesehen werden. In der hier dargestellten Variante sind die Aussparungen außerdem rund ausgestaltet.

Eine weitere Variante zeigt Fig. 4, bei der die tragenden Flächen 12 bzw. 13 unterschiedlich hoch gemacht werden. Mit A, B, C, D ist jeweils die Ebene angegeben in der die einzelnen Teilflächen 12a und 12b bzw. 13c und 13d liegen. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Biegung und ein Verformungsanschlag. Auf diese Weise können kleine Anpreßkräfte verwirklicht werden. Ist eine Flachdichtung an einer Stelle derart ausgeprägt, so lassen sich hierdurch vorzugsweise Flüssigkeitsabdichtungen erzielen. Allerdings eignet sie sich auch für eine Kombination von Flüs­ sigkeitsabdichtung und Abstützung.

In einer weiteren in Fig. 5 gezeigten Variante gegenüber der in Fig. 1 gezeigten sind wiederum runde Aussparungen 11 vorgese­ hen, wobei die Aussparungen auf der einen Seite 12 gegenüber denen auf der anderen Seite 13 horizontal versetzt sind. Da­ durch können beliebig große innere Querschnitte verwirklicht werden. Derartige Querschnittsformen werden vorwiegend auf Stauchung beansprucht und als formanpassende unelastische Elemente eingesetzt.

In der in Fig. 6 gezeigten Variante zu Fig. 5 sind die Ausspa­ rungen 11 kugelförmig ausgebildet. Dadurch entstehen keine parallel verlaufenden tragende Flächen. Die Verdrängungskörper 11 werden z. B. als runde Eindrücke in eine komplette Fläche eingeprägt.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Variante ergibt sich ein mehr oder weniger kleiner innerer Querschnitt Q₁ bzw. Q₂, wodurch die Verformungseigenschaften festgelegt werden können. Die tragenden Flächen können bei dieser Variante ebenfalls gemäß der in Fig. 2 bzw. Fig. 4 unterschiedlich stark ausgeprägt sein. Des weiteren können die Aussparungen der einen Seite 12 gegenüber den Aussparungen der anderen Seite 13 so asymmetrisch horizontal versetzt sein, daß zwei gegenüberliegende Wände unterschiedliche Wanddicken Q₁ und Q₃ aufweisen.

Fig. 9 zeigt einen Querschnittsverlauf entlang der Linie X-X in Fig. 8. Die Aussparungen sind wiederum mit 11 bezeichnet und die Anordnung bildet hier eine kombinierte Gas- und Flüssigkeitsabdichtung. Mit 17 ist ein tragender Teil bezeichnet, der sich nicht verformt und dessen rechter Rand 21 zum Brennraum des Motors zeigt. Dieser Teil weist hier noch eine zusätzliche Aussparung 18 auf, er kann aber auch vollständig ausgefüllt sein. Der Bereich um die Aussparungen 11, insbesondere der Bereich 20 verformt sich beim Zusammenbau der zu dichtenden Teile, im vorliegenden Beispiel des Motors, zuerst, bis gleiche Höhe zum Bereich 19 vorliegt. Der Bereich 19 liegt dann innerhalb des in Figur mit 3 bezeichneten Bereichs. Die gesamte Anordnung ermöglicht nach dem Zusammenbau zum einen eine Gasabdichtung des Brennraums und andererseits demgegenüber eine Flüssigkeitsabdichtung.

Des weiteren können die Aussparungen 11 wie in den dargestell­ ten Fig. 1 bis 7 radial oder aber auch kreisförmig um die jeweilig abzudichtende Öffnung oder den Stützbereich, je nach Anwendung oder Abdichtungsart, ausgeführt sein.

Insbesondere bei tragenden Flächen können die Aussparungen auch derart ausgebildet sein, daß sich zwischen jeweils zwei Ausspa­ rungen Formen ausbilden, die sich in die Gegenfläche, also die zu dichtende Fläche, einarbeiten können. Diese Formen können zum Beispiel als umlaufende Spitzen oder Krallen ausgebildet sein.

Vorzugsweise werden die Aussparungen durch Prägung der Flach­ dichtung erzielt. Hierbei können die Aussparungen derartig gestaltet werden, daß die durch die Aussparungen gebildeten Verdrängungsräume der unterschiedlichen Dichtungsbereiche volumenmäßig so aufeinander abgestimmt sind, daß sich beim Prägen eine gleichmäßige Höhe der Dichtung ergibt.

Es kann aber auch gezielt, wie z. B. in Fig. 4 gezeigt, eine örtlich unterschiedliche Dicke der Oberfläche verursacht wer­ den. Gegebenenfalls kann diese unterschiedliche Dicke durch einen weiteren Arbeitsgang wieder auf gleiche Höhe gebracht werden. Dies ist z. B. durch spanende Bearbeitung oder einen weiteren Prägevorgang möglich.

Wie bereits erwähnt können die erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtungsbereiche insbesondere bei einer Flachdichtung gemäß der EP 0 485 693 verwendet werden, bei der eine zur Durchbie­ gung der abzudichtenden Fläche komplementäre dreidimensionale, sprungfreie Dichtfläche bleibend ausgeformt ist. Die erfin­ dungsgemäßen Dichtungsbereiche eignen sich hier insbesondere für die Bereiche in denen Flüssigkeiten unter niedrigerem Druck durchgeleitet werden.

Schließlich kann die Flachdichtung einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Für den Fall, daß Mikrodichteigenschaften erforderlich sind, wird die Dichtung dann noch mit Kunststoff oder Lack beschichtet.

Claims (12)

1. Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachdichtung einstückig und wenigstens an einer Stelle durch aussparende Formgebung an wenigstens einer der einander gegenüberliegenden Oberflächen (12, 13) ausgebildet ist, wobei die Aussparungen (11) jeweils einen Verdrängungsraum bilden.

2. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (11) radial um eine zu dichtende Öffnung (4, 5) ausgebildet sind.

3. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (11) kreisförmig um eine zu dichtende Öffnung (4, 5) ausgebil­ det sind.

4. Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (11) kugelförmig ausgebildet sind.

5. Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (11) spiegelbildlich in den einander gegenüberliegenden Ober­ flächen (12, 13) vorgesehen sind.

6. Flachdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (11) in der einen Oberfläche (12) gegenüber den Aussparungen (11) in der gegenüberliegenden Oberfläche (13) horizontal versetzt sind.

7. Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (11) in den gegenüberliegende Oberflächen (12, 13) unterschied­ lich stark ausgeprägt sind.

8. Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Oberfläche (12a, 12b, 13a, 13b) der Flachdichtung an der mit den Aussparungen (11) versehenen Stelle örtlich unterschiedlich hoch ist.

9. Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Aus­ sparungen (11) gebildeten Verdrängungsräume eingeprägt werden, wobei sie volumenmäßig so aufeinander abgestimmt sind, daß sich beim Einprägen eine gleichmäßige Höhe der Dichtung ergibt.

10. Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen derart ausgebildet sind, daß sich die zwischen jeweils zwei Aussparungen (11) befindliche Oberfläche der Dichtung in je­ weils die zu dichtende Gegenfläche einarbeiten kann.

11. Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachdichtung wenigstens einseitig eine zur Durchbiegung der abzudichtenden Flächen komplementäre dreidimensionale, sprungfreie Dichtfläche bleibend ausgeformt ist.

12. Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachdichtung eine Beschichtung aus weicherem Material zur Mikroabdichtung aufweist.