DE10050478B4

DE10050478B4 - Mehrlagenstahldichtung

Info

Publication number: DE10050478B4
Application number: DE10050478A
Authority: DE
Inventors: Günther Unseld; Josef Ludwig
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2009-08-06
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: CA2425369C; CA2425369A1; US20040012154A1; AU2002223609A1; US6923450B2; MXPA03003247A; DE10050478A1; WO2002036996A1

Abstract

Mehrlagenstahldichtung mit mindestens einer Durchgangsöffnung (7, 7'), bei der drei metallische Dichtungslagen (2, 2', 2'') übereinander angeordnet sind; wobei um die Durchgangsöffnung(en) der drei Dichtungslagen (2, 2', 2'') Sicken (3, 3', 3'') ausgebildet sind; und in einem zwischen zwei der Dichtungslagen (2, 2') angeordneten Distanzblech (6) an einer Seite benachbart zu den Sicken (3, 3', 3'') der drei Dichtungslagen (2, 2', 2'') ein erster sickenförmiger, plastisch verformbarer Verformungsbegrenzer (4) angeordnet ist und dass die Sicken (3, 3', 3'') in den drei Dichtungslagen, ein Sickenpaket bildend, übereinander angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrlagenstahldichtung, beispielsweise eine mehrlagige Zylinderkopfdichtung mit mindestens einer Durchgangsöffnung, beispielsweise für einen Brennraum eines Verbrennungsmotors. Bei der erfindungsgemäßen Dichtung werden drei übereinander angeordnete metallische aktive Dichtungslagen und zwischen zwei der aktiven Dichtungslagen ein Distanzblech eingesetzt. Sie ist insbesondere für den Einsatz in Hochleistungsverbrennungsmotoren, bei denen erhöhte Brennraumdrücke und demzufolge auch entsprechend erhöhte Dichtspaltschwingungen auftreten, geeignet.
Insbesondere für diesen Einsatzbereich werden bisher Mehrlagen-Metalldichtungen eingesetzt. Eine solche bekannte Zylinderkopfdichtung weist ein Dichtungsdesign, bestehend aus zwei aktiven Dichtungslagen, einem Falzblech und einem Distanzblech, in dem eine Omegasicke ausgebildet ist, auf. Bei solchen bekannten Lösungen können aber die bereits erwähnten, auftretenden hohen Dichtspaltschwingungen in Hochleistungsverbrennungsmotoren mit sehr kritischen dynamischen Randbedingungen nicht kompensiert und eine sichere Abdichtung der Zylinder zwischen Motorblock und Zylinderkopf nicht erreicht werden. Die bisher verwendeten Dichtungen können über einen längeren Zeitraum keinen sicheren Überstand am Brennraum gewährleisten.
Die DE 197 49 054 C2 zeigt eine Mehrlagenstahldichtung mit drei metallischen Dichtungslagen, die jeweils auch gesickt sind. Die Sicken der drei metallischen Dichtungslagen sind versetzt zueinander angeordnet.
Die DE 196 38 682 A1 zeigt eine Mehrlagenstahldichtung mit zwei metallischen Dichtungslagen sowie einer Zwischenplatte. In allen diesen Lagen finden sich Sicken, wobei die Sicken der Zwischenplatte seitlich versetzt zu den Sicken der beiden metallischen Dichtungslagen angeordnet sind.
Die DE 195 20 695 C1 offenbart ebenso eine Mehrlagenstahldichtung mit mindestens zwei metallischen Dichtlagen sowie einem Trägerblech und einer Stopperlage.
Die DE 199 02 394 A1 zeigt eine metallische Flachdichtung, bei der zwei metallische Dichtungslagen übereinander angeordnet sind. Die Sicken dieser beiden metallischen Dichtungslagen sind ebenfalls übereinander angeordnet.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Mehrlagenstahldichtung vorzuschlagen, mit der eine sichere Ab dichtung bei Hochleistungsverbrennungsmotoren mit hohen Brennraumdrücken erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Mehrlagenstahldichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen genannten Merkmalen erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Mehrlagenstahldichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung, verwendet drei übereinander angeordnete metallische aktive Dichtungslagen, wobei in diesen metallischen Dichtungslagen um die eine oder auch mehrere Durchgangsöffnungen für Brennräume von Verbrennungsmotoren Sicken ausgebildet sind. Zwischen zwei dieser aktiven Dichtungslagen ist ein Distanzblech angeordnet, bei dem zumindest an einer Seite benachbart zu den Sicken ein erster sickenförmiger, plastisch verformbarer Verformungsbegrenzer (Stopper) ausgebildet und angeordnet ist. Dieser Stopper ermöglicht es der Dich tung, sich beim Einbau der Motortopographie anzupassen.
Der Raum, der durch die Sicke am Verformungsbegrenzer ausgebildet ist, kann mit einer Beschichtung, beispielsweise einem Elastomer, befüllt sein. Die Beschichtung kann vollständig oder auch nur zum Teil erfolgen. Eine solche Beschichtung, die üblicherweise auch als "Hardcoating" bezeichnet wird, ist beispielsweise in DE 198 29 058 A1 , DE 199 28 580 A1 und DE 199 28 601 A1 beschrieben, wobei auf den entsprechenden Offenbarungsgehalt bezüglich der dort offenbarten Beschichtungsmaterialien vollumfänglich zurückgegriffen werden soll.
Die Beschichtung kann folglich beispielsweise aus einem Material bestehen, das ein Duroplast und mindestens einen metallischen Füllstoff enthält, wobei das Gewichtsfeld von Duroplast zu Füllstoff vorteilhafterweise größer als 1:1 ist. Derartige Beschichtungsstoffe sind in der DE 198 29 058 A1 offenbart. Alternativ kann die Beschichtung auch aus einem Material bestehen, das ein Perfluorcopolymer, vorteilhafterweise aus einem perfluorierten Alkan und perfluorierten Vinylether, enthält, wie es in der DE 199 28 601 A1 offenbart ist. Als weitere Beschichtung kommt auch ein Material in Frage, das zumindest aus einem Füllstoff und einem Bindemittel besteht, wobei der Masseanteil des Füllstoffes größer als der Bindemittelanteil ist, und der Füllstoff in Partikelform vorliegt, wobei die einzelnen sphärischen Partikel eine kleine Oberfläche im Verhältnis zum Partikelvolumen aufweisen. Die Partikel können vorteilhafterweise eine geglättete, abgerundete, beispielsweise kugelförmige, Oberfläche aufweisen. Eine ideale Größe für die Partikel liegt zwischen 5 und 100 μm. Ein derartiges Beschichtungsmaterial ist in der DE 199 28 580 A1 offenbart.
Durch dieses Hardcoating, insbesondere bei Teilbefüllung, kann die Zusammenpressung des Stoppers auf ein bestimmtes Maß eingestellt werden. Dadurch wird in den kritischen Zwischenschraubenbereichen eine ausreichende Stopperpressung gewährleistet. Diese gefüllte Stoppersicke wirkt dann als plastisch verformbarer Wegbegrenzer für die mindestens drei aktiven Funktionslagen bzw. deren Sicken.
Es besteht die Möglichkeit, an einem solchen Distanzblech weitere ebenfalls sickenförmige, plastisch verformbare Verformungsbegrenzer an der entsprechend an deren Seite der Sicken, die an den aktiven Dichtungslagen ausgebildet sind, anzuordnen und auch dort den Raum, der durch die Sicke am Verformungsbegrenzer gebildet worden ist, mit dem genannten Hardcoating zu befüllen.
Das Hardcoating kann den Raum teilweise, aber auch vollständig ausfüllen und ein bestimmtes ausreichendes Maß an Pressung, im montierten Zustand der Zylinderkopfdichtung im Bereich des plastisch verformbaren Verformungsbegrenzers zu sichern. Der Verformungsbegrenzer kann sich durch seine Eigenschaften und Gestalt beim Einbau an die Motortopographie anpassen. Außerdem wird auch in den kritischen Zwischenschraubenbereichen eine ausreichende Pressung im Bereich des Verformungsbegrenzers gesichert.
Zwischen zwei der aktiven Dichtungslagen kann ein weiterer Stopper (Verformungsbegrenzer), vorzugsweise im Bereich zwischen den Sicken der aktiven Lagen und dem Umfangsrand der Durchgangsöffnung angeordnet sein. Dieser kann durch eine weitere Blechlage mit einem Verformungsbegrenzer gebildet werden, die zwischen zwei Lagen der Dichtung angeordnet ist und an ihrem Rand zur Durchgangsöffnung umgefalzt ist. Der Verformungsbegrenzer wird dann durch den gefalzten zweilagigen Teil dieses Bleches gebildet. Durch entsprechende doppelte Falzungen können zwei Verformungsbegrenzer, die an beiden Seiten benachbart zu den jeweiligen Sicken, die in den aktiven Dichtungsblechen ausgebildet sind, vorhanden sein.
Dieser Stopper kann jedoch auch durch einen Ring, beispielsweise einen Blechring, gebildet werden, der in dem Bereich zwischen den Sicken der benachbarten aktiven Lagen und dem Umfangsrand der Durchgangsöff nung angeordnet ist.
Die in den aktiven Dichtungslagen ausgebildeten Sicken sollten bevorzugt als Sickenpaket übereinander angeordnet sein.
Mit dem erfindungsgemäßen mehrlagigen Aufbau können die Dichtspaltschwingungen auf die drei aktiven Dichtungslagen aufgeteilt und eine erhöhte Standzeit bei kritischen Dichtspaltschwingungen erreicht werden.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Bereiches eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
2 eine schematische Darstellung eines Bereiches eines weiteren Beispiels einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung, mit beidseitig zu Sicken angeordneten Verformungsbegrenzern; und
3 eine schematische Darstellung eines Bereiches eines weiteren Beispieles einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung mit einem Stopperring.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung sind drei übereinander angeordnete aktive Dichtungslagen 2, 2', 2'' vorhanden, in denen jeweils Sicken 3, 3', 3'' ausgeformt sind. Zwischen der hier unten dargestellten aktiven Dichtungslage 2'' und der mittleren aktiven Dichtungslage 2 ist ein Distanzblech 6 angeordnet, das zwischen den Sicken 3 und einer Durchgangsöffnung 7 für einen Brennraum einen sickenförmigen, plastisch verformbaren Verformungsbegrenzer 4 aufweist. Dabei ist der Raum, der durch die Sicke des Verformungsbegrenzers 4 an der Oberseite des Distanzbleches 6 ausgebildet ist, mit einem Elastomer 1 befüllt, so dass durch die Verwendung der mindestens zwei Sicken 3, 3'' in den aktiven Dichtungsblechen 2, 2'' und dem Distanzblech 6 auch unter extremen Betriebsbedingungen, bei Brennraumdrücken im Bereich von 200 bar und darüber hinaus, die im allgemeinen Teil der Beschreibung erwähnten vorteilhaften technischen Wirkungen und insbesondere eine dauerhafte, zuverlässige Dichtwirkung erreicht werden können.
Die Sicken 3, 3'' in den unteren und mittleren aktiven Dichtungslagen 2, 2'' sind in die gleiche Richtung (gleichsinnig) verformt. Das Distanzblech 6 weist eine größere Dicke als die Dichtungsbleche 2, 2'' auf.
Zwischen der oberen und der mittleren aktiven Dichtungslage 2' und 2 ist bei diesem Beispiel ein Blech 5 mit einem gefalzten, einen weiteren Verformungsbegrenzer 5' bildenden Teil angeordnet. Die Sicken 3 und 3' in diesen beiden aktiven Dichtungslagen 2, 2' sind in jeweils entgegen gerichtete Richtungen (gegensinnig), also aufeinanderzu, verformt.
Die aktiven Dichtungslagen 2, 2', 2'' können aus herkömmlichen Metallen, mit ausreichender Elastizität und in bekannten Dicken aus jeweils gleichen Metallen gebildet sein, wobei auch zwischen diesen aktiven Dichtungslagen 2, 2', 2'' zusätzliche Beschichtungen vorgesehen sein können. Die Verbindung der einzelnen Elemente einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung kann ebenfalls auf herkömmliche Art und Weise erfolgen.
Das in 2 gezeigte Beispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung unterscheidet sich vom Beispiel nach 1 lediglich in der Verwendung von zusätzlichen Verformungsbegrenzern 4' und 5'', die jeweils auf der anderen der Brennraumdurchgangsöffnung 7 abgewandten Seite der in den aktiven Dichtungslagen 2, 2'' ausgebildeten Sicken 3, 3'' angeordnet sind, wobei mit einer solchen Anordnung, die beispielsweise zwischen zwei benachbarten Brennraumdurchgangsöffnungen 7, 7' erforderlich ist, die Standfestigkeit und Dichtwirkung der Zylinderkopfdichtung in diesem Bereich weiter verbessert werden können.
3 zeigt eine weitere Zylinderkopfdichtung, die bezüglich der in 1 gezeigten Zylinderkopfdichtung lediglich die Stopperlage 5 nicht aufweist. Der dem in 1 gezeigten Falzstopper 5' entsprechende Stopper 5' in 3 ist durch einen Ring gebildet, der in dem Bereich zwischen den Sicken 3, 3' und dem Umfangsrand der Brennraumdurchgangsöffnung 7 zwischen den beiden Dichtungslagen 2, 2' angeordnet ist. Durch eine derartige Anordnung wird eine vierlagige Mehrlagenstahldichtung gebildet, bei der zusätzlich ein Stopperring 5' für eine Dichtlinie entlang des Umfangsrandes der Brennraumdurchgangsöffnung 7 zwischen den beiden aktiven Dichtungslagen 2, 2' und für eine Verformungsbegrenzung der beiden Sicken 3, 3' ebenfalls der beiden Dichtungslagen 2, 2' sorgt. Hier wie in den vorhergehenden Figuren sind entsprechende Elemente durchgängig mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.

Claims

Mehrlagenstahldichtung mit mindestens einer Durchgangsöffnung (7, 7'), bei der drei metallische Dichtungslagen (2, 2', 2'') übereinander angeordnet sind; wobei um die Durchgangsöffnung(en) der drei Dichtungslagen (2, 2', 2'') Sicken (3, 3', 3'') ausgebildet sind; und in einem zwischen zwei der Dichtungslagen (2, 2') angeordneten Distanzblech (6) an einer Seite benachbart zu den Sicken (3, 3', 3'') der drei Dichtungslagen (2, 2', 2'') ein erster sickenförmiger, plastisch verformbarer Verformungsbegrenzer (4) angeordnet ist und dass die Sicken (3, 3', 3'') in den drei Dichtungslagen, ein Sickenpaket bildend, übereinander angeordnet sind.
Mehrlagenstahldichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Seiten der Sicken (3, 3', 3'') am Distanzblech (6) erste sickenförmige, plastisch verformbare Verformungsbegrenzer (4, 4') vorhanden sind.
Mehrlagenstahldichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Sicken (3, 3', 3'') in mindestens zwei der Dichtungslagen (2, 2', 2''), zwischen denen das Distanzblech (6) angeordnet ist, gleichsinnig verformt sind.
Mehrlagenstahldichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der dritten Dichtungslage (2') ausgebil dete Sicke (3') gegensinnig zu den beiden anderen Sicken (3, 3'') verformt ist.
Mehrlagenstahldichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens zwei der Dichtungslagen (2, 2', 2'') eine weitere Blechlage (5) mit mindestens einem weiteren seitlich benachbart zu den Sicken (3, 3', 3'') angeordneten Verformungsbegrenzer (5') angeordnet ist.
Mehrlagenstahldichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Blechlage benachbart zu der Durchgangsöffnung (7, 7') entlang deren Begrenzung umgefalzt ist und dieser doppellagige Falz den weiteren Verformungsbegrenzer (5') bildet.
Mehrlagenstahldichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei der Metalllagen im Bereich zwischen den Sicken der Dichtungslagen und dem Umfangsrand der Durchgangsöffnung (7, 7') ein Stopperring einen weiteren Verformungsbegrenzer bildend angeordnet ist.
Mehrlagenstahldichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste sickenförmige Verformungsbegrenzer (4) auf seiner konkaven Seite mit einer Beschichtung (Hardcoating), beispielsweise einem Elastomer (1), verfüllt ist.
Mehrlagenstahldichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste sickenförmige Ver formungsbegrenzer auf seiner konkaven Seite nur teilweise mit der Beschichtung befüllt ist.
Mehrlagenstahldichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste sickenförmige Verformungsbegrenzer (4) auf seiner konkaven Seite vollständig mit der Beschichtung verfüllt ist.