DE69529509T2

DE69529509T2 - Metallische Flachdichtung

Info

Publication number: DE69529509T2
Application number: DE69529509T
Authority: DE
Inventors: Kosaku Ueta
Original assignee: Japan Metal Gasket Co Ltd
Current assignee: Japan Metal Gasket Co Ltd
Priority date: 1994-11-22
Filing date: 1995-11-07
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2015-11-08
Also published as: EP0713988A1; DE69535796D1; CN1309254A; DE69529509D1; EP1101983A3; EP1101983B1; EP1101983A2; CN1127841A; CN1163680C; KR960018310A; KR100228645B1; EP0713988B1; US5951021A; CN1077215C

Description

Die Erfindung betrifft eine Metalldichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im allgemeinen ist eine Metalldichtung, die auf unterschiedliche Art ausgeführt sein kann, zwischen Aneinanderfügungsflächen eines Zylinderblocks und eines Zylinderkopfes, die einen Kraftfahrzeugmotor wie etwa eine Brennkraftmaschine bilden, eingefügt, um den Austritt eines Fluids wie etwa des Verbrennungsgases, des Kühlwassers, des Schmieröls und dergleichen zu verhindern, wobei die Abdichtung durch Festziehen sowohl des Zylinderblocke als auch des Zylinderkopfes mittels Spannelementen wie etwa Bolzen oder dergleichen erzielt wird. Der Stand der Technik sieht eine solche Dichtung, die sogenannte weiche Dichtung, vor, die aus einem Asbestmaterial, einem Kunstfasermaterial, einem kohlenstoffhaltigen Folienmaterial oder dergleichen gebildet ist. Von Nachteil ist jedoch, daß die weiche Dichtung unvermeidlich ein Problem aufweist, das durch ihr Material hervorgerufen wird und darin besteht, daß mit der Zeit infolge des Betriebs der Brennkraftmaschine eine Verschlechterung der Parameter eintritt und es schwierig ist, eine Wärmebeständigkeit zu gewährleisten. Es ist wohlbekannt, daß deshalb heutzutage meist Metalldichtungen verwendet werden, die eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, Druckverformungsbeständigkeit und Haltbarkeit besitzen und ein zufriedenstellendes Formerinnerungsvernnügen (Rückfederungseigenschaften) sowie eine zufriedenstellende Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Hier wurden in letzter Zeit die Entwicklungen vorangetrieben, um eine noch höhere Leistung der Kraftmaschine zu erzielen und die Abmessungen sowie das Gewicht der Kraftmaschine zu verringern, um eine hohe Leistungsabgabe zu erreichen und den Kraftstoffverbrauch zu vermindern usw. Um diese Ziele zu erreichen, geht eine Entwicklungsrichtung beispielsweise dahin, für bestimmte Komponenten der Kraftmaschine eine Aluminiumlegierung zu verwenden und den Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Zylinderbohrungen in dem Zylinderblock so klein wie möglich zu halten.
Andererseits, wenn die Komponenten der Kraftmaschine unter Verwendung der Aluminiumlegierung gefertigt werden, ist leicht zu vermuten, daß die Gesamtsteife im Vergleich zu dem Fall, in dem die Komponenten der Kraftmaschine beispielsweise unter Verwendung von Gußeisen gefertigt werden, signifikant geringer ist.
Außerdem wird dadurch, daß die Kraftmaschine kleiner und leichter gemacht wird, ein neuer Nachteil verursacht, der in einer Erhöhung der Wärmemenge besteht, die von der Kraftmaschine zurückbehalten wird, wobei es sich um die Wärme handelt, die durch den Betrieb der Kraftmaschine erzeugt wird. Um mit dieser größeren Wärmemenge, die von der Kraftmaschine zurückbehalten wird, zurechtzukommen, wird beispielsweise der Kühlwasserkanal oder dergleichen erweitert, wodurch sich jedoch die Gesamtsteife der Kraftmaschine weiter verringert. Außerdem ist der Kühlwasserkanal in der Nähe der Zylinderbohrungen ausgebildet, um die Kühlung wirksam zu verbessern, wodurch sich jedoch die Positionen des Festziehens der Bolzen oder dergleichen, die den Zylinderblock und den Zylinderkopf fest aneinander halten, an Orten befinden, die von den Zylinderbohrungen entfernt sind. Verständlicherweise kann nicht vermieden werden, daß die Spannkraft an Positionen nahe der Bolzen groß ist, während sie umgekehrt an Positionen, die von den Bolzen entfernt sind, klein ist.
Wenn die Gesamtsteife der Kraftmaschine vermindert ist und ein Abweichen in der von den Spannelementen wie etwa Bolzen aufgebrachten Spannkraft erhöht ist, wird bei einer Metalldichtung, die zwischem Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes angebracht ist, zwischen der Metalldichtung und dem Zylinderblock oder zwischen der Metalldichtung und dem Zylinderkopf an Umfangskantenabschnitten eines Zylinderbohrungslochs, das entsprechend der Zylinderbohrung ausgebildet ist, ein Spalt erzeugt. Wenn eine solche Erscheinung auftritt, da ein Flächendruck an einem Umfangsabschnitt des Zylinderbohrungslochs unausgeglichen ist, wird die Rundheit des Zylinderbohrungslochs verschlechtert, wobei außerdem infolge von Unterschieden in der Wärmeleitfähigkeit an verschiedenen Abschnitten vom Zylinderblock zum Zylinderkopf während des Betriebs der Kraftmaschine die Verformung des Zylinders verstärkt wird. Außerdem werden; wenn der obenerwähnte Spalt entsteht, Nachteile verursacht, da die Aneinanderfügungsseite der Metalldichtung dem Verbrennungsgas direkt ausgesetzt ist, wodurch sich die Lebensdauer der Metalldichtung verringert und es unmöglich wird, die Dichtheit für einen langen Zeitraum sicherzustellen.
Beispielsweise besitzt bei einer Metalldichtung 1 des Standes der Technik, wie sie in Fig. 20 gezeigt ist, eine aus Metall hergestellte Grundplatte 2 ein in dieser ausgebildetes Zylinderbohrungsloch, und ein Ring 4, der durch Formen eines Drahtmaterials in eine ringförmige Gestalt erhalten wird, ist entlang einer inneren Umfangskante des Zylinderbohrungslochs 3 angeordnet, wobei der Ring 4 in seiner Position festgeklemmt wird, indem er von einer gefalzten inneren elastischen Metallplatte 5 gehalten wird, die mit einem Kantenabschnitt der Grundplatte 2 eine Sandwich-Struktur bildet, wobei außerdem die innere elastische Metallplatte 5 von einer äußeren elastischen Metallplatte 6 bedeckt wird, mit der sie eine Sandwich- Struktur bildet. Andererseits wird ein äußerer Umfangsendabschnitt der Grundplatte 2 durch eine weitere Metallplatte 7 gehalten, die von der inneren elastischen Metallplatte 5 und der äußeren elastischen Metallplatte 6 verschieden ist und mit diesem Umfangsendabschnitt eine Sandwich-Struktur bildet. Die elastische Metallplatte 7 ist beispielsweise durch Punktschweißen an die Grundplatte 2 geschweißt. Außerdem ist die Grundplatte 2 rings um die Bolzenlöcher, die Öllöcher, die Wasserlöcher und dergleichen sowie längs des äußeren Umfangs der Grundplatte 2 mit Gummiwülsten 8 aus Silicon oder dergleichen versehen.
Um bei einer solchen Metalldichtung 1 mit der obenerwähnten Verringerung der Gesamtsteife der Kraftmaschine und der Abweichung der Spannkräfte durch die Spannelemente wie etwa Bolzen oder dergleichen zurechtzukommen, sind der Betrag, um den der Ring 4 zusammengedrückt wird, und der Betrag, um den die Gummiwülste 8 verformt werden, voneinander verschieden, wobei gleichzeitig der Betrag, um den der Ring 4 zusammengedrückt wird, durch die Auswahl der Dicken der inneren und äußeren elastischen Metallplatten 5 und 6 beschränkt ist, um ein wirksames Abdichten an jeder Position der Metalldichtung 1 sicherzustellen, wobei die Spannkräfte durch die elastische Metallplatte 7 an dem äußeren Umfangsabschnitt der Grundplatte 2 ausgeglichen werden, um eine Verformung der ganzen Metalldichtung 1 zu verhindern.
Obwohl es richtig ist, daß von der in Fig. 20 gezeigten Metalldichtung erwartet wird, daß sie das Abdichten und Verhindern der Verformung in ausreichendem Maße sicherstellt, ist es jedoch erforderlich, die Grundplatte 2 und jede der elastischen Metallplatten 5, 6 und 7 als Einzelelemente auszubilden, wobei außerdem während der Herstellung die Montage jeder der elastischen Metallplatten 5, 6 und 7 an die Grundplatte 2 gesondert erfolgen muß. Dies hat zur Folge, daß die Kosten zwangsläufig ansteigen und die Metalldichtung 1 teuer wird. Außerdem ist es mit der Metalldichtung 1 unmöglich, die Verringerung der Gesamtsteife der Kraftmaschine abzuschwächen und die Abweichung in den durch die Bolzen aufgebrachten Spannkräften aufzunehmen, da nur die metallischen Elemente wie der Ring 4, die inneren und äußeren Metallplatten 5, 6 rings um die Zylinderbohrung angeordnet sind. Dementsprechend besteht ein Nachteil darin, daß es schwierig wird, die Rundheit der Zylinderbohrung zu gewährleisten.
Außerdem ist, um eine hohe Gasdichtheit sicherzustellen, bei einer in JP-A-6-101 761 gezeigten Metalldichtung an einem Umfangsabschnitt eines Bolzenlochs eine Dichtscheibe angebracht oder der Umfangsabschnitt (ein Dichtungsabschnitt des Bolzenlochs) wird durch Zurückfalzen eines dem Umfangsabschnitt entsprechenden Abschnitts der Grundplatte dicker ausgebildet als die übrigen Abschnitte, wobei gleichzeitig die Dichtscheibe auch an einem Umfangsabschnitt eines Zylinderbohrungslochs angebracht ist oder ein Abschnitt der Grundplatte, der dem Umfangsabschnitt entspricht zurückgefalzt ist und ein elastisches Element mit Formerinnerungsvermögen zwischen die Dichtscheibe und die Grundplatte oder zwischen den gefalzten Abschnitt und die Grundplatte (einen Dichtungsabschnitt des Zylinderbohrungsloch) eingefügt ist. Außerdem ist zwischen dem Dichtungsabschnitt des Bolzenlochs und dem Dichtungsabschnitt der Zylinderbohrung ein gummierter Bahnabschnitt ausgebildet, um Wasser und Öl dicht einzuschließen.
Jedoch ist es in diesem Fall erforderlich, während die Bolzen festgezogen werden, auf die innerhalb der Positionen der Bolzenlöcher liegende Fläche eine Kraft auszuüben, die den gummierten Dichtungsbahnabschnitt und das elastische Element mit Formerinnerungsvermögen des Zylinderloch-Dichtungsabschnitts durch den Zylinderkopf verformt. Jedoch ist die Steife des Zylinderkopfes, der aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, wie dies für eine kleine und leichte Kraftmaschine erforderlich ist, gering, so daß die erforderliche Kraft nicht aufgebracht wird. Folglich wird ein Abschnitt zwischen den Bolzenlöchern des Zylinderkopfes so gebogen, daß er eine nach unten gekrümmte konvexe Fläche bildet. Insbesondere wird eine starke Biegung an einem Abschnitt hervorgerufen, der an die Zylinderbohrung grenzt.
Wie weiter oben erwähnt worden ist, ist es schwierig, wenn die starke Biegung in dem Abschnitt zwischen den der Zylinderbohrung des Zylinderkopfes benachbarten Bolzenlöchern erzeugt wird, das Verbrennungsgas mit hoher Temperatur und hohem Druck, das während des Betriebs der Kraftmaschine erzeugt wird, dicht einzuschließen. Folglich sind bei den Metalldichtungen des Standes der Technik solche Gegenmaßnahmen ergriffen worden, bei denen die Dicke des elastischen Elements mit Formerinnerungsvermögen an dem Dichtungsabschnitt des Zylinderbohrungslochs insgesamt größer gemacht wird und eine Beilagescheibe teilweise zwischen benachbarte Zylinderbohrungslöcher eingefügt wird, um den Flächendruck rings um das Zylinderbohrungsloch zu erhöhen.
Jedoch wird bei diesen Gegenmaßnahmen, da die Verformung des Zylinderkopfes, d. h. die Biegung in dem Abschnitt zwischen den Bolzenlöcher immer weiter erhöht wird, der Flächendruck in der Umgebung des Bolzenlochs durch das Anziehen der Bolzen hoch, während der Flächendruck in dem Abschnitt zwischen den Bolzenlöchern, insbesondere in dem Abschnitt, der an die Zylinderbohrung grenzt, hingegen niedrig wird. Dies hat zur Folge, daß die Zylinderinnenrohrfläche durch den Abschnitt, der den starken Flächendruck aufweist, d. h. durch den Abschnitt in der Umgebung des Bolzenlochs, nach innen gedrückt wird, und daß dann, wenn an jeder der vier Ecken um das Zylinderbohrungsloch ein Bolzenloch ausgebildet ist, der Querschnitt des Zylinderinnenrohrs in eine Kleeblattform verformt wird und die Rundheit verlorengeht. Wenn die Kraftmaschine in diesem Zustand betrieben wird, werden eine Erhöhung des Ölverbrauchs, ein Verlust an Leistung, eine Verschmutzung durch die Abgase und dergleichen hervorgerufen.
Aus EP-A-0 557 918 ist eine Metalldichtung bekannt, die der obenbeschriebenen ähnlich ist. Diese Metalldichtung ist zwischen Aneinanderfügungsflächen eines Zylinderblocks und eines Zylinderkopfes eingefügt, um eine Dichtung zwischen diesen Aneinanderfügungsflächen herzustellen, und umfaßt eine einzige metallische Grundplatte, die wenigstens ein Brennkammerloch sowie ferner sowohl Fluiddurchlaßlöcher als auch Bolzenlöcher aufweist, die darin ausgebildet sind; einen ersten Falzabschnitt der Grundplatte, der durch Falzen der Kante der Grundplatte am Brennkammerloch auf die Grundplatte zurück gebildet ist; ein weiches Element, das in dem ersten Falzabschnitt der Grundplatte gehalten wird und sich längs des ersten Falzabschnitts erstreckt; einen Wulst, der aus einem gummiartigen Material hergestellt ist und an wenigstens einer Aneinanderfügungsfläche der Grundplatte so ausgebildet ist, daß die Höhe des Wulstes in bezug auf die entsprechende Oberfläche der Grundplatte höher als jene des ersten Falzabschnitts ist.
Eine weitere Metalldichtung gleichen Typs ist aus FR-A-2 424 455 bekannt, wonach der aus einem gummiartigen Material hergestellte Wulst eine Höhe aufweist, die geringer als die Höhe des Falzabschnitts ist, der das Brennkammerloch umgibt.
Die vorliegende Erfindung löst die oben genannten Probleme, wobei eine Aufgabe darin besteht, eine Metalldichtung zu schaffen, die preiswerter hergestellt werden kann und trotzdem eine hinreichende Funktion gewährleistet, die einer hohen Leistung einer Brennkraftmaschine gerecht wird und gleichzeitig eine kleine Metallkontakt-Dichtfläche besitzt, um die absolute Belastung zu verringern, und die ermöglicht, die Steife der Kraftmaschine zu verringern und Rundheit des Brennkammerlochs zu gewährleisten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Metalldichtung zu schaffen, die das Verbiegen des Abschnitts zwischen den Bolzenlöchern des Zylinderkopfes infolge des Anziehens der Bolzen vermeidet, während sie gleichzeitig eine hohe Dichtwirkung gewährleistet, und die einen Unterschied des Flächendrucks zwischen dem Abschnitt nahe des Bolzenlochs und dem Abschnitt rings um das Brennkammerloch (Zylinderbohrung) infolge des Anziehens der Bolzen verringert und dadurch den Flächendruck rings um das Brennkammerloch ausgleicht, wodurch es möglich ist, die Rundheit des Brennkammerlochs zu gewährleisten.
Der Gegenstand der Erfindung ist im Anspruch 1 definiert. Dementsprechend umfaßt eine Metalldichtung, die zwischen Aneinanderfügungsflächen eines Zylinderblocks und eines Zylinderkopfes eingefügt ist, um zwischen diesen Aneinanderfügungsflächen eine Dichtung zu schaffen, eine einzige metallische Grundplatte, die wenigstens ein darin ausgebildetes Brennkammerloch aufweist, einen Falzabschnitt der Grundplatte, der durch Zurückfalzen einer Kante des Brennkammerlochs auf die Grundplatte gebildet ist, ein weiches Element, das in dem Falzabschnitt der Grundplatte gehalten wird, einen Wulst, der aus einem gummiartigen Material hergestellt ist und wenigstens an der ersten Aneinanderfügungsfläche der Grundplatte derart ausgebildet ist, daß die Höhe des Wulstes größer als jene des Falzabschnitts ist, einen zweiten Falzabschnitt, der an einer Position innerhalb einer Dichtungsfläche der Grundplatte ausgebildet ist, wobei der zweite Falzabschnitt von dem Falzabschnitt des Brennkammerlochs verschieden ist und in dem zweiten Falzabschnitt eine Beilagescheibe gehalten wird. Dabei schließt die Position, an welcher der Wulst ausgebildet ist, eine Position, an welcher der Flächendruck stabilisiert werden soll, wenn die Metalldichtung eingefügt wird, beispielsweise rings um das Brennkammerloch, rings um das Bolzenloch usw., oder eine Position, an welcher eine Abgrenzung zwischen Bereichen in der Aneinanderfügungsfläche ausgebildet werden soll, beispielsweise eine Dichtungsposition, die eine Grenze zwischen einem Ölloch und einem Wasserloch bildet, ein. Außerdem wird als weiches Element beispielsweise eine dehnbare Graphitscheibe, eine Ethylen-4-fluorid-Scheibe aus Polyimid oder dergleichen, Glimmer oder eine Metallscheibe aus Blei, Zink, Kupfer oder Weicheisen verwendet. Für die Position, an welcher die Beilagescheibe gehalten wird, bestehen keine besonderen Einschränkungen, solange sie ermöglicht, eine Verformung der Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes auf der gesamten Dichtfläche der Grundplatte mit dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf zu verhindern.
Wenn die Metalldichtung montiert wird, indem sie zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angebracht wird, werden bei der Metalldichtung der vorliegenden Erfindung in bezug auf die Abweichung der Spannkraft, die in Abhängigkeit von einem Unterschied im Abstand zu einem Befestigungselement wie etwa einem Bolzen verursacht wird, der Falzabschnitt und das weiche Element im Inneren des Falzabschnitts der Abweichung folgend entsprechend verformt, so daß der Flächendruck infolge der Spannkraft durch diese Verformung ausgeglichen wird. Des weiteren wird der Wulst, der aus einem gummiartigen Material hergestellt ist, elastisch verformt, um den Ausgleich des Flächendrucks zu fördern, wodurch eine hinreichende Dichtwirkung erzielt und gewährleistet wird. Außerdem hat dies zur Folge, daß nur der Abschnitt rings um dass Brennkammerloch während der Montage direkt mit dem Flächendruck beaufschlagt wird und folglich die Spannkraft insgesamt herabgesetzt werden kann. Da die Metalldichtung eine einzige Grundplatte umfaßt und die Kante des Brennkammerlochs der Grundplatte gefalzt ist, kann außerdem die Anzahl der herzustellenden Metallformstücke verringert werden, und die Herstellkosten einschließlich der Materialkosten können in großem Umfang gesenkt werden. Da der Wulst leicht unter Verwendung einer Ausgabevorrichtung in einem Strich oder mittels eines Metallformstücks gebildet werden kann, kann eine sehr preiswerte Metalldichtung hergestellt werden.
Nach dem oben angeführten ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Verformung des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes durch die Abweichung in der Spannkraft des Spannelements verhindert, da der zweite Falzabschnitt die Gleichmäßigkeit des Flächendrucks, der auf die Spannkraft zurückzuführen ist, fördert. Da die Beilagescheibe im Inneren des zweiten Falzabschnitts gehalten wird, wird außerdem verhindert, daß die Metalldichtung mit dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf nur an einer Position rings um das Brennkammerloch in Kontakt ist, und aufgrund dessen ist der Flächendruck nicht nur auf die Position rings um das Brennkammerloch konzentriert, und die Verformung des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes kann verhindert werden.
Bei der Bildung des Falzabschnitts wird in einigen Fällen der Endabschnitt des Falzabschnitts nicht völlig eben. Wenn die Metalldichtung zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angebracht wird und dabei der Endabschnitt des Falzabschnitts nicht eben ist, wird die Dichtheit an diesem Endabschnitt gemindert sein, wie leicht zu vermuten ist. Andererseits ist eine übermäßig große Kraft erforderlich, um den Endabschnitt zusammenzudrücken und zu ebnen, wobei gleichzeitig die Möglichkeit besteht, daß durch ein Zusammendrücken durch Aufprägen einer großen Kraft ein Zurückfedern bewirkt wird. So gesehen ist es sehr schwierig, den Endabschnitt durch Zusammendrücken zu ebnen, wenn die Dicke der Platte etwa 0,3 mm oder mehr beträgt. Dementsprechend ist in einer bevorzugten Ausführungsform der Endabschnitt des Falzabschnitts außerhalb der Aneinanderfügungsfläche wenigstens des Zylinderblocks ocler des Zylinderkopfes angeordnet. Dadurch wird bewirkt, daß sich die Dichtwirkung nicht verschlechtert, und es ist nicht erforderlich, die große Kraft aufzubringen, um clen Endabschnitt zu ebnen. Folglich wird es möglich, eine Dichtungsbelastung während der Montage genau zu berechnen.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung offensichtlich ist, verschafft die Metalldichtung der vorliegenden Erfindung den folgenden Vorteil: Die Metalldichtung kann sehr preiswert hergestellt werden, und der Flächendruck zwischen den Aneinanderfügungsoberflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes durch das Spannelement, etwa durch einen Bolzen, kann stärker ausgeglichen werden, so daß eine ausreichende Dichtheit gewährleistet ist und die Rundheit des Brennkammerlochs sichergestellt werden kann. Folglich verringert sich der Kraftstoffverbrauch der Kraftmaschine, der Leistungsverlust wird vermindert, und es kann eine größere Lebensdauer erreicht werden. Außerdem wird durch den Falzabschnitt die Spannkraft, die durch das Spannelement hervorgerufen wird, so verteilt, daß sie gleichmäßig wird und eine ausreichende Dichtheit durch den Falzabschnitt und das im Inneren gehaltene weiche Element gewährleistet ist und die Rundheit des Brennkammerlochs sichergestellt wird. Da die Metalldichtung eine einzige Grundplatte umfaßt und eine Kante des Brennkammerlochs oder dergleichen gefalzt ist, kann außerdem die Anzahl der herzustellenden Metallformstücke verringert werden, und die Herstellkosten einschließlich der Materialkosten können gesenkt werden. Außerdem wird der Flächendruck zwischen den Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes stärker ausgeglichen, und eine ausreichende Dichtheit kann gewährleistet werden.
Außerdem ist der Flächendruck nicht nur auf die Position rings um das Brennkammerloch konzentriert, und die Verformung der Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes kann verhindert werden.
Wenn in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung neben dem Falzabschnitt des Brennkammerlochs der zweite Falzabschnitt innerhalb des Aneinanderfügungsbereiches der Grundplatte ausgebildet ist, dann ist der Endabschnitt des zweiten Falzabschnitts außerhalb wenigstens einer der Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes positioniert. Dadurch wird bewirkt, daß sich die Dichtwirkung nicht verschlechtert und es nicht notwendig ist, eine Kraft auszuüben, um den Endabschnitt zu ebnen, und daß die Dichtungsbelastung für den Zeitpunkt, zu dem die Dichtung eingefügt wird, genau berechnet werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Falzabschnitt an einer äußeren Umfangskante der Grundplatte ausgebildet. Dadurch wird bewirkt, daß der Flächendruck an den Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes ausgeglichen wird und die Verformung des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes verhindert werden kann.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in der Grundplatte ein Bolzenloch ausgebildet, und der zweite Falzabschnitt ist an einer Kante des Bolzenlochs ausgebildet. Dadurch wird bewirkt, daß eine axiale Kraft des Verbindungselements, wie etwa des Bolzens, durch den zweiten gefalzten Abschnitt verteilt wird und der Flächendruck durch die Spannkraft in der Umgebung des Spannelements, wie etwa des Bolzens, ausgeglichen wird und die Verformung des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes verhindert werden kann.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Grundplatte so mit einem Stufenabschnitt versehen, daß eine Höhe einer Aneinanderfügungsfläche des Falzabschnitts von einer Aneinanderfügungsfläche der Grundplatte im wesentlichen gleich einer Höhe einer anderen Aneinanderfügungsfläche des Falzabschnitts von der anderen Aneinanderfügungsfläche der Grundplatte ist. Dies bewirkt, daß, wenn die Metalldichtung zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angebracht ist, die Aneinanderfügungsflächen des Falzabschnitts von der Grundplatte jeweils um die gleiche Länge in Richtung der Aneinanderfügungsflächenseite des Zylinderblocks und in Richtung der Aneinanderfügungsflächenseite des Zylinderkopfes überstehen. Im Ergebnis sieht der Falzabschnitt sowohl mit dem Zylinderblock als auch mit dem Zylinderkopf in gleichmäßigem Kontakt, - und da der Falzabschnitt aufgrund des Stufenabschnitts ein eigenes Federungsvermögen besitzt, wird der Falzabschnitt der Verformung des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes folgend, die durch die Spannkraft oder durch die Wärmewirkung während des Betriebs der Kraftmaschine verursacht wird, in geeigneter Weise verformt, so daß der Flächendruck stärker ausgeglichen wird.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ändert sich eine Breite des weichen Elements, das im Inneren des Falzabschnitts gehalten wird, längs einer Umfangsrichtung des Brennkammerlochs. Dadurch wird bewirkt, daß in bezug auf die Spannkraft des Spannelements, wie etwa des Bolzens, eine Rückstoßkraft des Falzabschnitts in dem Maße zunimmt, wie die Breite des weichen Elements zunimmt, und die Rückstoßkraft in dem Maße abnimmt, wie die Breite des weichen Elements abnimmt. Dementsprechend kann der Flächendruck rings um das Brennkammerloch, der in Richtung des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes erzeugt wird, stärker ausgeglichen werden, indem die Breite des weichen Elements an einer von dem Spannelement entfernten Position vergrößert wird, wobei an dieser Stelle die Spannkraft gering ist, und indem die Breite des weichen Elements an einer Position nahe des Spannelements verringert wird, wobei an dieser Position die Spannkraft groß ist.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Dicke des weichen Elements, das im Inneren des Falzabschnitts gehalten wird, teilweise längs einer Umfangsrichtung des Brennkammerlochs verändert. Wenn beispielsweise ein Zwischenraum zwischen den Bolzenlöchern, die in der Grundplatte ausgebildet sind, groß ist, oder wenn die Anzahl der Wasserlöcher groß ist, nimmt die Ungleichmäßigkeit des Flächendrucks zu. Folglich wird durch Erhöhen der Dicke des weichen Elements an einer solchen Position der Flächendruck rings um das Brennkammerloch, der in dem Zylinderblock und in dem Zylinderkopf erzeugt wird, ausgeglichen.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Oberflächenbehandlungsmaterial auf wenigstens eine der Aneinanderfügungsflächen der Grundplatte aufgebracht. Als Oberflächenbehandlungsmaterial kann beispielsweise Fluorkautschuk, Nitrilkautschuk (NBR), eine dehnbare Graphitfolie oder dergleichen verwendet werden. Folglich wird die Oberfläche der Metalldichtung durch das Oberflächenbehandlungsmaterial geglättet, wobei das Oberflächenbehandlungsmaterial die Rauheit der Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes ausgleicht und ein Druckverlust während des Betriebs der Brennkraftmaschine verhindert wird.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung wird auf die Aneinanderfügungsflächen des Falzabschnitts ein Schmiermittel aufgetragen. Als Schmiermittel könnten Molybdändisulfid, Graphit oder dergleichen verwendet werden. Folglich werden die Aneinanderfügungsflächen des Falzabschnitts durch das Schmiermittel geglättet, und die Metalle der Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes sind nicht in direktem Kontakt mit dem Metall der Grundplatte. Folglich wird das Auftreten von Rauhigkeiten an den Aneinanderfügungsflächen des Falzabschnitts verhindert. Außerdem ist es möglich, ein Aneinanderreiben infolge einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung während des Betriebs der Brennkraftmaschine zu verhindern, wenn der Zylinderblock und der Zylinderkopf aus verschiedenen Metallen hergestellt sind, so daß ein Verkratzen durch Abnutzen, das durch das Aneinanderreiben verursacht wird, verhindert wird und durch die Wirkung der Mikrodichtung einem Druckverlust vorgebeugt wird.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens eine Art von Plattierung auf wenigstens einer Innenfläche des Brennkammerlochs der Grundplatte aufgebracht. Als Plattierung könnte eine metallische Plattierauflage, ein Harzüberzug, eine Mehrkomponentenplattierung aus Metall und Harz oder dergleichen verwendet werden. Dadurch wird bewirkt, daß selbst dann, wenn die Brennkraftmaschine, in welche die Metalldichtung eingefügt wird, beispielsweise ein Außenbordmotor, der mit Seewasser gekühlt wird, eine Mehrzweck- Kraftmaschine sowohl für Seewasser als auch für Süßwasser oder dergleichen ist, die Korrosionsbeständigkeit und die chemische Beständigkeit gewährleistet werden können und eine gute Dichtheit während eines langen Zeitraums erhalten wird. Eine solche Plattierung wird nach der Bildung des Lochs und vor dem Aufbringen des Oberflächenbehandlungsmaterials und des Schmiermittels vorbehandelt.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein drahtförmiges weiches Element im Inneren des Endabschnitts des Falzabschnitts des Brennkammerlochs der Grundplatte längs des gesamten Umfangs des Brennkammerlochs gehalten. Dadurch wird bewirkt, daß das drahtförmige weiche Element zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf durch die Spannkraft, die durch ein Spannelement, etwa einen Bolzen, aufgebracht wird, zusammengedrückt wird und ein Spalt zwischen den Aneinandeifügungsflächen der Metalldichtung und dem Zylinderblock sowie ein Spalt zwischen den Aneinanderfügungsflächen der Metalldichtung und dem Zylinderkopf durch den Betrag, um den das weiche Element zusammengedrückt wird, zugestopft werden. Folglich kann ein besser zufriedenstellendes Abdichten gewährleistet werden.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung werden im Inneren des Falzabschnitts des Brennkammerlochs der Grundplatte längs des gesamten Umfangs des Brennkammerlochs wenigstens zwei drahtförmige weiche Elemente mit unterschiedlichen Durchmessern gehalten. Wenn am Endabschnitt des Falzabschnitts des Brennkammerlochs ein hoher Flächendruck erforderlich ist, wird ein weiches Element mit einem großen Durchmesser an einer innen liegenden Seite im Inneren des Falzabschnitts gehalten und ein weiches Element mit einem kleinen Durchmesser wird an einer außen liegenden Seite im Inneren des Falzabschnitts gehalten. Dadurch wird bewirkt, daß in bezug auf die Spannkraft durch das Spannelement, wie etwa einen Bolzen, der Betrag, um den das weiche Element zusammengedrückt wird, an der Seite nahe der Brennkammer größer als an der entfernten Seite ist und die Verformung des weichen Elements zweckmäßigerweise zu dem Oberflächendruck proportional ist, so daß ein hoher Oberflächendruck am Endabschnitt des Falzabschnitts des Brennkammerlochs sichergestellt werden kann. Andernfalls, wenn eine Brennkraftmaschine beispielsweise durch Preßpassung einer Gußeisenbuchse in einen Zylinderblock, der aus Aluminium hergestellt ist, gebildet wird, besteht die Möglichkeit, daß die innere Umfangskante der Gußeisenbuchse verformt und gerundet wird, und sich die Rundheit des Brennkammerlochs verschlechtert, wenn eine große Kraft auf den Endabschnitt des Falzabschnitts des Brennkammerlochs einwirkt. Dementsprechend wird in einem solchen Fall ein weiches Element mit kleinem Durchmesser an der innen liegenden Seite im Inneren des Falzabschnitts gehalten und ein weiches Element mit großem Durchmesser wird an der Außenseite des Falzabschnitts gehalten. Durch diese Anordnung ist der Betrag, um den das von der Brennkammer entfernte weiche Element zusammengedrückt wird, größer als jener an der der Brennkammer nahen Seite, so daß die Verformung des weichen Drahts zweckmäßigerweise dem Flächendruck proportional ist und der die Dichtung bewirkende Flächendruck rings um das Brennkammerloch gemittelt wird. Im Ergebnis ist es möglich zu verhindern, daß die innere Umfangskante der Gußeisenbuchse verformt und gerundet wird und sich die Rundheit des Brennkammerlochs verschlechtert.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Beilagescheibe in den Falzabschnitten an einer Position zwischen nebeneinanderliegenden Brennkammerlöchern gehalten. Dies bewirkt, daß insbesondere dann, wenn die Steife des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes gering ist, der Flächendruck durch die Beilagescheibe ausgeglichen wird, da diese zwischen nebeneinanderliegenden Brennkammerlöchern gehalten wird, wo der Flächendruck gering ist.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein metallischer Wulst, der das Brennkammerloch umgibt, auf wenigstens einer Aneinanderfügungsfläche des Falzabschnitts der Grundplatte für das Brennkammerloch innerhalb einer Breite des Falzabschnitts ausgebildet. Durch die Ausbildung des metallischen Wulstes ändert sich der Kontakt der Metalldichtung mit dem Zylinderblock oder dem Zylinderkopf von einem Flächenkontakt in einen Linienkontakt, so daß die Verformung des weichen Elements, das in dem Falzabschnitt gehalten wird, leicht wird. Dies hat beispielsweise zur Folge, daß ein Unterschied im Flächendruck zwischen einem Abschnitt mit hohem Druck nahe der Position der Befestigung mittels eines Bolzens oder dergleichen und einem Abschnitt mit niedrigem Druck an einer Zwischenposition zwischen nebeneinanderliegenden Bolzen signifikant gemacht werden kann. Insbesondere erhöht sich die Anzahl der Linienkontakte, wenn wenigstens zwei metallische Wülste von dem Brennkammerloch radial nach außen voneinander beabstandet angeordnet sind, so daß ein Querschnitt eine Wellenform aufweist, und eine Dichtungsfläche bekommt einen hohen Druck, der den Labyrinthdichtungseffekt fördert. Folglich kann selbst dann, wenn durch einen metallischen Wulst eine Undichtigkeit verursacht wird, die Dichtheit durch den anderen metallischen Wulst gewährleistet werden.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Höhe des metallischen Wulstes teilweise längs einer Umfangsrichtung des Brennkammerlochs verändert.
Dadurch wird in bezug auf die durch ein Spannelement, etwa einen Bolzen, ausgeübte Spannkraft bewirkt, daß, je höher der metallische Wulst ist, desto größer eine Rückstoßkraft wird, und umgekehrt sich die Rückstoßkraft verringert, wenn die Höher kleiner wird. Jedoch kann, indem der metallische Wulst an einer Position mit einer geringen Spannkraft mit einer großen Höhe ausgebildet wird und an einer Position mit einer großen Spannkraft mit einer kleinen Höhe ausgebildet wird, der Flächendruck rings um das Brennkammerloch in dem Zylinderblock und in dem Zylinderkopf ausgeglichen werden.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung werden beide Aneinanderfügungsflächen der Grundplatte mit Ausnahme des Falzabschnitts mit Schaumgummi derart beschichtet, daß die Höhe des Schaumgummis höher als jene des Falzabschnitts ist.
Bei der Metalldichtung, die den Falzabschnitt des Brennkammerlochs und einen weiteren Falzabschnitt besitzt, der beispielsweise für eine äußere Umfangskante der Grundplatte oder ein Bolzenloch geformt wird, wenn sie zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angebracht wird, entstehen Zwischenräume zwischen einem Teil der Grundplatte, der keine Falzabschnitte aufweist, und dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf Insbesondere kann in dem Fall einer wassergekühlten Kraftmaschine, bei der das Kühlwasser durch eine Pumpe umgewälzt wird, der Wasserdruck nahe der Pumpe hoch sein und umgekehrt entfernt von der Pumpe niedrig sein. Aus diesem Grund erfolgt bei einer Metalldichtung, die Wasserlöcher aufweist, die dem Wassermantel der wassergekühlten Kraftmaschine entsprechen, die Regulierung des Wasserdrucks durch Verändern der Größe der Wasserlöcher. Wenn die Grundplatte jedoch eine große Dicke aufweist, ist es möglich, daß die Zwischenräume groß werden und ein Kurzschluß hervorgerufen wird. Aus diesem Grund wird in der oben angegebenen Ausführungsform der Schaumgummi, der einen geringen Oberflächendruck erfordert, auf beide Aneinanderfügungsflächen der Grundplatte mit Ausnahme der Falzabschnitte aufgebracht, wodurch der Kurzschluß zwischen den Wasserlöchern vermieden wird, ohne daß ein großer Flächendruck erforderlich ist.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Wulst aus einem gummiartigen Material an wenigstens einer Aneinanderfügungsfläche der Grundplatte ausgebildet, so daß die Höhe des Wulstes größer als jene des Falzabschnitts des Brennkammerlochs ist und eine Kante der Grundplatte, die zurückgefalzt worden ist, weiter in Richtung der Seite der Grundplatte gebogen wird. Dadurch wird bewirkt, daß das weiche Element, das in dem Falzabschnitt gehalten wird, aus dem Inneren des Falzabschnitts herausgeschleudert wird.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Innenflächen des Falzabschnitts als reibwiderstandsfähige Flächen ausgebildet, die einen hohen Reibwiderstand aufweisen. Um diese Flächen mit hohem Reibwiderstand auszubilden, könnte die Grundplatte in einem Zustand belassen werden, in dem keine Endbearbeitung erfolgt ist, oder es könnten Ungleichförmigkeiten oder Rauhigkeiten auf der Grundplatte ausgebildet werden. Da die Innenflächen des Falzabschnitts Oberflächen mit hohem Reibwiderstand sind, kann das weiche Element, das von dem Falzabschnitt gehalten wird, schwer bewegt werden und es ist schwer möglich, daß sich Lage des weichen Elements in dem Falzabschnitt ändert oder daß es aus dem Inneren vorsteht.
In einer nochmals weiteren Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Abschnitt der Grundplatte, in dem der Wulst aus gummiartigem Material geformt werden soll, mit einer Fläche mit hohem Reibwiderstand ausgebildet. Um diese Flächen mit hohem Reibwiderstand auszubilden, könnte die Grundplatte in einem Zustand belassen werden, in dem keine Endbearbeitung erfolgt ist, oder es könnten Ungleichförmigkeiten oder Rauhigkeiten auf der Grundplatte ausgebildet werden. Dies bewirkt, wenn der Wulst unter Verwendung einer Ausgabevorrichtung in einem Strich oder unter Verwendung eines Metallformstücks auf der Grundplatte ausgebildet wird, daß der Wulst sicherer auf der Grundplatte befestigt ist.
Fig. 1 ist eine zweidimensionale Ansicht, die eine Struktur eines Beispiels für eine Metalldichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine Querschnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht längs der Linie B-B in Fig. 1.
Fig. 4 ist eine Querschnittansicht längs der Linie C-C in Fig. 1.
Fig. 5A ist eine Querschnittansicht, die metallische Wülste zeigt, die auf einer Aneinanderfügungsfläche des Falzabschnitts der Zylinderbohrung ausgebildet sind.
Fig. 5B ist eine Querschnittansicht, die metallische Wülste zeigt, die auf beiden Aneinanderfügungsflächen des Falzabschnitts der Zylinderbohrung ausgebildet sind.
Fig. 6 ist eine Querschnittansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem eine Kante einer oberen Lage des Falzabschnitts weiter in Richtung der oberen Oberfläche der Grundplatte gebogen ist.
Fig. 7 ist eine zweidimensionale Ansicht, die eine Struktur eines weiteren Beispiels für eine Metalldichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 8 ist eine zweidimensionale Ansicht einer Beilagescheibe, die in einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
Fig. 9 ist eine Querschnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 7.
Fig. 10 ist eine Querschnittansicht längs der Linie C-C in Fig. 1.
Fig. 11 ist eine Querschnittansicht längs der Linie D-D in Fig. 1.
Fig. 12A ist eine Querschnittansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem mehrere Ringe im Inneren des Falzabschnitts der Zylinderbohrung so gehalten werden, daß der Durchmesser der Ringe vom Endabschnitt des Falzabschnitts abnimmt.
Fig. 12B ist eine Querschnittansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem mehrere Ringe im Inneren des Falzabschnitts der Zylinderbohrung so gehalten werden, daß der Durchmesser der Ringe vom Endabschnitt des Falzabschnitts fortlaufend zunimmt.
Fig. 13 ist eine Querschnittansicht, die ein weiteres Beispiel einer Metalldichtung der Erfindung zeigt.
Fig. 14A ist eine Querschnittansicht, bei welcher die Metalldichtung zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf so angebracht ist, daß der Endabschnitt des Falzabschnitts außerhalb nur einer Aneinanderfügungsfläche des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes positioniert ist.
Fig. 14B ist eine Querschnittansicht, bei welcher die Metalldichtung zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf so angebracht ist, daß der Endabschnitt des Falzabschnitts außerhalb beider Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks positioniert ist.
Fig. 15 ist eine Querschnittansicht, die ein Beispiel zeigt, bei dem in einer Ausführungsform Schaumgummi an der Grundplatte angebracht ist.
Fig. 16 ist eine zweidimensionale Ansicht, die eine Struktur noch eines weiteren Beispiels für eine Metalldichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 17 ist eine Querschnittansicht längs der Linie A-A in Fig. 16.
Fig. 18 ist eine schematische Darstellung, die einem Querschnitt längs der Geraden K2 in Fig. 16 entspricht, worin die Wirkung, die durch die Bereitstellung eines Abschnitts mit großer Dicke herbeigeführt wird, erklärt ist.
Fig. 19 ist eine Schnittansicht, die mit Ausnahme des Stufenabschnitts, der nicht ausgebildet ist, jener von Fig. 3 entspricht.
Fig. 20 ist eine Querschnittansicht, die eine Metalldichtung des Standes der Technik zeigt.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, umfaßt eine Metalldichtung 10 eine Grundplatte 11, die aus Metall, wie etwa rostfreiem Edelstahl, hergestellt ist, wobei in der Grundplatte 11 mehrere Löcher ausgebildet sind. Die Grundplatte 11 besitzt sowohl eine Innenfläche jedes Lochs als auch Aneinanderfügungsflächen rings um jedes Loch, auf denen eine Plattierung, etwa eine Metallplattierung, ein Harzüberzug, eine Mehrkomponentenplattierung aus Metall und Harz usw. aufgebracht ist, und außerdem ist auf den Oberflächen der Grundplatte 111 in Abhängigkeit von der Oberflächengüte der Aneinanderfügungsflächen eines Zylinderblocks und eines Zylinderkopfes, die eine Kraftmaschine bilden, ein Oberflächenbehandlungsmaterial 12, wie etwa Fluorkautschuk, Nitrilkautschuk (NBR), Molybdändisulfid oder dergleichen eingebrannt. In Fig. 4 ist das Oberflächenbehandlungsmaterial 12 etwas übertrieben dargestellt, die übrigen Figuren zeigen es jedoch nicht.
Die mehreren Löcher umfassen mehrere Zylinderbohrungslöcher 13, die Zylinderbohrungen (Brennkammern) des Zylinderblocks entsprechen, Bolzenlöcher 14, die Positionen von Spannelementen (Bolzen) für die Verbindung des Zylinderblocks mit dem Zylinderkopf entsprechen, Öllöcher 15, die Ölkanälen für die Zuführung von Schmieröl zu jedem sich gleitend bewegenden Teil, wie etwa einem Kolben (nicht gezeigt) oder dergleichen, entsprechen, und Wasserlöcher 16, die an einem Innenseitenabschnitt eines Wassermantels für die Zuführung von Kühlwasser zu dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf, deren Temperatur durch die Kraftstoffverbrennung und die Gleitbewegung des Kolbens ansteigt, positioniert sind. Diese Löcher 13 bis 16 gelangen mit entsprechenden Teilen der Kraftmaschine in Verbindung, wenn die Metalldichtung 10 zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angebracht wird, um die Kraftmaschine zusammenzusetzen.
Zwischen den Löchern 13 bis 16 ist für die Zylinderbohrungslöcher 13 eine Kante des Lochs 13 der Grundplatte 11 zurückgefalzt worden, um einen Falzabschnitt 21 zu bilden, wie in den Fig. 2 bis 4 gezeigt ist, wobei ein weiches Element 17, das beispielsweise aus einer dehnbaren Graphitfolie hergestellt ist, im Inneren des Falzabschnitts 21 gehalten wird. Die Dicke des weichen Elements 17 ist in Abhängigkeit vom Aufbau der Kraftmaschine unterschiedlich, jedoch beträgt die übliche Dicke ungefähr 0,3 mm, wobei in diesem Beispiel ein weiches Element mit einer Dichte von 1,0 im Inneren gehalten wird und mit einem Druck von etwa 600 kg/cm² zusammengepreßt wird, der es um ungefähr 30 bis 40% komprimiert und verformt. Andererseits sind die Falzabschnitte 22 in Richtung der gleichen Aneinanderfügungsflächenseite gefalzt wie die Falzabschnitte 21 der Zylinderbohrungslöcher 13, die an vorgegebenen Positionen an einer äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 ausgebildet sind. Insbesondere ändert sich die Größe der Falzabschnitte 22 in Abhängigkeit von der Position, an welcher jeder der Falzabschnitte 22 gebildet ist. Der an einer Seite der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 ausgebildete Falzabschnitt 22 erstreckt sich in der gesamten Breitenrichtung, und einige der Falzabschnitte 22 sind an einer Längsseite der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 an Positionen ausgebildet, die Positionen zwischen Bolzenlöchern 14 und Positionen nahe der Bolzenlöcher 14 entsprechen. Die Falzabschnitte 22 sind einfach zurückgefalzt, und im Inneren der Falzabschnitte wird kein Element gehalten.
Obwohl dies in den Figuren nicht gezeigt ist, sind beide Aneinanderfügungsoberflächen der Falzabschnitte 21 und 22 mit einem Schmiermittel, wie etwa Molybdänsulfid, Graphit oder dergleichen beschichtet, und andererseits sind die Innenflächen der Falzabschnitte 21 und 22 mit Ungleichförmigkeiten oder Rauhigkeiten versehen.
Hier wie für das weiche Element 17 gilt, obgleich in unterschiedlicher Weise von der Steife der Kraftmaschine abhängig, je größer die Steife, desto mehr kann die Dicke verringert werden. Das heißt es kann ein dünneres weiches Element 17 verwendet werden. Außerdem ist das weiche Element 17 nicht auf die dehnbare Graphitfolie beschränkt, sondern es könnte beispielsweise eine Weichmetallscheibe wie etwa eine Bleischeibe, eine Zinkscheibe, eine Kupferscheibe, eine Scheibe aus weichem Stahl oder dergleichen oder eine Ethylen-4-fluorid- Folie (d. h. Polyimid-Folie) oder Glimmer verwendet werden.
Da die Falzabschnitte 21 und 22 an der Kante der Zylinderbohrungslöcher 13 sowie an den Positionen, die den Bolzenlöchern 14 an der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 entsprechen, ausgebildet sind, stehen die Falzabschnitte 21 und 22 an einer Seite der Aneinanderfügungsflächen der Grundplatte 11 über. Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, ist jedoch in der Grundplatte 11 an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Falzabschnitt 21 und dem übrigen Teil der Grundplatte 11 ein Stufenabschnitt 23 ausgebildet, und ein weiterer Stufenabschnitt 23 ist in der Grundplatte 11 an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Falzabschnitt 22 und dem übrigen Teil der Grundplatte 11 ausgebildet. In den Fig. 3 und 4 ist der Stufenabschnitt 23 so geformt, daß die oberen und unteren Aneinanderfügungsflächen der Falzabschnitte 21 und 22 abwärts gestuft sind. Im Ergebnis ist die Höhe der oberen Aneinanderfügungsfläche der Falzabschnitte 21 und 22 von der oberen Aneinanderfügungsfläche der Grundplatte 11 an die Höhe der unteren Aneinanderfügungsfläche der Falzabschnitte 21 und 22 von der unteren Aneinanderfügungsfläche der Grundplatte 11 angeglichen. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Stufenabschnitt 23 jedoch an einer Position, an welcher der Abstand zwischen benachbarten Zylinderbohrungen 13 gering ist, nicht ausgebildet.
Andererseits ist ein Gummiwulst 24, beispielsweise aus Silicongummi, auf jeder der beiden Aneinanderfügungsflächen der Grundplatte 11 ausgebildet. Der Gummiwulst 24 ist rings um das Zylinderbohrungsloch 13 und rings um jedes Bolzenloch 14 ausgebildet, wobei er außerdem so geformt ist, daß er jedes der Zylinderbohrungslöcher 13, der Bolzenlöcher 14, der Öllöcher 15 und der Wasserlöcher 16 begrenzt in Fig. 1 ist der Ort des Gummiwulstes 24 durch eine gestrichelte Linie mit langen und kurzen Strichen dargestellt. Des weiteren hat, wie in den Fig. 3 bis 4 gezeigt ist, vor allem der Gummiwulst 24, der rings um das Bolzenloch 14 geformt ist, senkrecht zu den Aneinanderfügungsflächen einen Querschnitt von halbrunder Form, während gleichzeitig die Gummiwülste 24 an den beiden Aneinanderfügungsflächen symmetrisch zueinander sind. Die Gummiwülste 24, die an anderen Positionen ausgebildet sind, haben senkrecht zu den Aneinanderfügungsoberflächen einen trapezförmigen Querschnitt, wobei die Gummiwülste 24 an den beiden Aneinanderfügungsflächen symmetrisch zueinander sind. Obwohl in diesem Beispiel die Querschnitte der Gummiwülste 24 von halbrunder Form oder von Trapezform sind, könnten alle Gummiwülste 24 in der halbrunden Form oder in der Trapezform oder in einer anderen Form ausgebildet sein. Außerdem könnten einige Ungleichförmigkeiten oder Rauhigkeiten auf der Grundplatte 11 an den Positionen, an welchen die Gummiwülste 24 geformt werden sollen, ausgebildet werden, so daß die Bildung der Gummiwülste 24 in einem guten Zustand erfolgen kann.
Diese Gummiwülste 24 sind an beiden Aneinanderfügungsflächen der Grundplatte 11 so ausgebildet, daß die Höhe eines oberen Scheitels der Gummiwülste 24 von der oberen Aneinanderfügungsfläche der Falzabschnitte 21 und 22 gleich der Höhe eines unteren Scheitels der Gummiwülste 24 von der unteren Aneinanderfügungsfläche der Falzabschnitte 21 und 22 ist und außerdem ein Abstand zwischen dem oberen Scheitel und dem unteren Scheitel von einander gegenüberliegenden Gummiwülsten 24 etwa 1,5 mal so groß wie die Dicke der Falzabschnitte 21 und 22 ist. In diesem Fall, wobei hinsichtlich der Dicke der Metalldichtung 10 angenommen wird, daß die Höhe der einander gegenüberliegenden Gummiwülste 24, gemessen zwischen dem oberen und dem unteren Scheitel, durch T1 repräsentiert wird, die Dicke des Falzabschnitts 21 des Zylinderbohrungslochs 13 durch T2 repräsentiert wird und die Dicke des Falzabschnitts 22 an der äußeren Umfangskante nahe des Bolzenlochs 14 durch T3 repräsentiert wird, ist es notwendig, daß die zwischen diesen Dicken T1, T2 und T3 bestehende Beziehung der Bedingung genügt, daß die Größe in der Reihenfolge T1, T2 und T3 zunimmt. Der Gummiwulst 24 könnte beispielsweise unter Verwendung einer Ausgabevorrichtung in einem Strich, mittels Siebdruck, mittels Formdruck unter Verwendung einer Metallform oder dergleichen hergestellt werden kann, wobei es insbesondere bei Anwendung des Siebdrucks leicht ist, ein Streifenmuster zu erhalten.
In diesem Fall ist es möglich, den Gummiwulst 24 auf nur einer der Aneinanderfügungsflächen auszubilden, wobei auf der anderen Aneinanderfügungsfläche ein metallischer Wulst so ausgebildet wird, daß er über diese Aneinanderfügungsfläche übersteht. Es ist jedoch eine Metallform notwendig, um den metallischen Wulst zu bilden.
Die auf diese Weise gebildete Metalldichtung 10 ist, wenn sie zwischen den Aneinanderfügungsflächen des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks angebracht ist, so beschaffen, daß ein Bereich einer Metallfläche (in der Praxis mit dem Oberflächenbehandlungsmaterial 12 beschichtet), der die Aneinanderfügungsfläche des Zylinderkopfes oder des Zylinderblocks berührt, ungefähr 25% der Gesamtfläche der Metalldichtung 10 einnimmt. Mit dieser Konstruktion soll die absolute Belastung, die einwirkt, wenn die Metalldichtung 10 zwischen den Zylinderblock und den Zylinderkopf eingefügt ist und mittels Spannelementen wie etwa Bolzen festgezogen ist, soweit wie möglich verringert werden.
Als nächstes wird die Funktion der Metalldichtung 10 erläutert. Wenn die Metalldichtung 10 zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf, die die Kraftmaschine bilden, eingefügt ist und mit Spannelementen wie etwa Bolzen festgezogen wird, dann wird die Metalldichtung 10 infolge des Flächendrucks auf den Zylinderblock und den Zylinderkopf, der durch die Spannkraft verursacht wird, in der Zusammendrückungsrichtung verformt. Genauer wird der Gummiwulst 24, der am höchsten ist, in der Zusammendrückungsrichtung elastisch verformt, woraufhin die Falzabschnitte 21 und 22 in der Zusammendrückungsrichtung verformt werden und das weiche Element 17 durch die Verformung des Falzabschnitts 21 verformt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird in dem Falzabschnitt 21, wobei vorausgesetzt wird, daß an einem Abschnitt des weichen Elements 17 nahe des Bolzens die Dicke der Scheibe des weichen Elements 17 etwa 0,3 mm beträgt und der Flächendruck hoch ist, das weiche Element 17 um ungefähr 50% verformt, so daß es eine Dicke von ungefähr 0,15 mm annimmt, während an einem Anschnitt des weichen Elements 17 entfernt von dem Bolzen, mit einem niedrigen Flächendruck, beispielsweise an einer Position zwischen benachbarten Zylinderbohrungslöchern 13 oder an einer Position zwischen Bolzenlöchern 14, die Dicke auf ungefähr 0,18 bis 0,20 mm verringert wird. Da das weiche Element 17 so verformt wird, daß es an einem Abschnitt mit hohem Flächendruck eine geringere Dicke aufweist und umgekehrt an einem Abschnitt mit einem im Vergleich zu dem Abschnitt mit hohem Flächendruck niedrigen Flächendruck eine größere Dicke auf weist, wird folglich ein im wesentlichen einheitlicher Flächendruck auf die Metalldichtung 10 ausgeübt.
Was die Verformung des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes durch die Spannkraft anbelangt, so werden die Falzabschnitte 21 und 22 sowie das weiche Element 17 durch eine Rückstoßkraft verformt, die der Verformung des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes folgt. Dies hat zur Folge, daß Zwischenräume zwischen den Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes und der Metalldichtung 10 verstopft werden. Außerdem wird in der Umgebung des Bolzenlochs 14 eine axiale Kraft kaum reduziert, da der Falzabschnitt 22 in direktem Kontakt zu den Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes ist. Da die Falzabschnitte 21 und 22 aufgrund der Ausbildung der Stufenabschnitte 23 ein eigenes Federungsvermögen besitzen, werden außerdem die Falzabschnitte 21 und 22 auf geeignete Weise verformt und gewährleisten die Dichtheit.
In der Kraftmaschine, in der die Metalldichtung 10 wie oben beschrieben eingesetzt ist, ist der die Abdichtung bewirkende Druck während des Betriebs an einer Position rings um das Zylinderbohrungsloch 13 arm höchsten.
Wird angenommen, daß der höchste Druck des Verbrennungsgases während des Betriebs der Kraftmaschine etwa 100 kg/cm² beträgt, und wird weiter angenommen, daß ein Dichtungskoeffizient 6 ist, so ist der Druck, der an einer Position rings um das Zylinderbohrungsloch 13 ausgeübt wird, gleich 600 kg/cm² mal der Fläche des Falzabschnitts 21. Unter der Annahme, daß ein Durchmesser des Zylinderbohrungslochs 13 etwa 80 mm und eine Breite des Falzabschnitts 21 etwa 4,0 mm beträgt, nimmt die Fläche des Falzabschnitts 21, wenn die Metalldichtung 10 an einem Viertaktmotor angebracht ist, etwa 43 cm² ein, und folglich wird eine Stoßkraft ausgeübt, die 600 · 43 = 25800 kg äquivalent ist.
Selbst wenn ein solcher Druck ausgeübt wird, werden der Falzabschnitt 21 und das im Inneren gehaltene weiche Element 17 verhältnisgleich verformt, so daß eine zufriedenstellende Dichtheit erhalten und sichergestellt wird. Außerdem besitzt eine als weiches Element 17 verwendete dehnbare Graphitfolie eine gute Wärmeleitfähigkeit, und selbst während der Erwärmungsphase verschlechtert sich ihre Rückstellkraft nicht. Insbesondere ist die Verschlechterung des Rückstellvermögens in einem zusammengepreßten Produkt mit hoher Dichte sehr gering, und die Haltbarkeit wird für einen langen Zeitraum gewährleistet.
Wie in den Fig. 5A und 5B gezeigt ist, wird des weiteren, wenn metallische Wülste 21A rings um das Zylinderbohrungsloch 13 an einer der Aneinanderfügungsflächen des Falzabschnitts 21 innerhalb einer Breite des Falzabschnitts 21 oder an beiden Aneinanderfügungsflächen des Falzabschnitts 21 ausgebildet sind, der folgende Vorteil erzielt: In dem in den Fig. 5A und 5B gezeigten Beispiel, bei dem mehrere metallische Wülste 21A von der Zylinderbohrung 13 radial nach außen voneinander beabstandet ausgebildet sind und der Querschnitt eine Wellenform aufweist, verändert sich nämlich der Kontakt des Falzabschnitts 21 mit dem Zylinderblock oder dem Zylinderkopf durch die Ausbildung dieser metallischen Wülste 21A von einem Flächenkontakt in einen Linienkontakt, und die Verformung des in dem Falzabschnitt 21 gehaltenen weichen Elements wird leicht. Folglich besteht ein Vorteil darin, daß ein Unterschied zwischen einem Abschnitt mit hohem Druck nahe dem Bolzenloch 14 und einem Abschnitt mit niedrigem Druck zwischen den Bolzenlöchern 14 signifikant gemacht werden kann. Insbesondere wird durch die Ausbildung mehrerer metallischer Wülste 21A die Anzahl der Linienkontaktpositionen erhöht und ein hoher Druck auf eine Dichtungsfläche ausgeübt, wodurch die Wirkung der Labyrinthdichtung verstärkt wird, wobei dann, wenn bei einer der metallischen Wülste 21A eine Undichtigkeit auftritt, die Dichtheit durch die übrigen metallischen Wülste 21A sichergestellt werden kann. Jedoch kann auch dann, wenn ein einziger metallischer Wulst 21A vorgesehen ist, der Vorteil der Schaffung eines Unterschieds zwischen dem Abschnitt mit hohem Druck und dem Abschnitt mit niedrigem Druck erzielt werden.
Wie in Fig. 6 gezeigt ist, könnte bei dem Falzabschnitt 21 des Zylinderbohrungslochs 13, in dem das weiche Element 17 gehalten wird, eine Kante 21 B der oberen Schicht des Falzabschnitts 21 weiter in Richtung der oberen Oberfläche der Grundplatte 11 gebogen sein. Durch das Umbiegen der Kante 21 B kann verhindert werden, daß sich das weiche Element 17 aus dem Inneren des Falzabschnitts 21 herausbewegt.
Die Fig. 7 bis 10 zeigen eine weitere Metalldichtung 30, die sich von der Metalldichtung 10 unterscheidet. Bei dieser Metalldichtung 30 sind Teile, die Teilen der Metalldichtung 10 gleichen, mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet, damit sich die Erläuterung vereinfacht.
In der Metalldichtung 30 wird ein Ring 31, der aus einem Weichmetall- Material hergestellt ist und Drahtform aufweist, am inneren Ende der Innenseite des Falzabschnitts 21, insbesondere des Zylinderbohrungslochs 13, so gehalten, daß sich der Ring 31 über den gesamten Umfang des Zylinderbohrungslochs 13 erstreckt. Die Metalldichtung 30 weist den Falzabschnitt 22, der in der Metalldichtung 10 an der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 nahe des Bolzenlochs 14 ausgebildet ist, nicht auf, sondern hat dafür einen Falzabschnitt 32, der durch Zurückfalzen einer Kante des Bolzenlochs 14 gebildet ist. Außerdem sind im gesamten Bereich der Fläche der Grundplatte 11, die mit dem Zylinderblock und mit dem Zylinderkopf zusammengefügt wird, mehrere Löcher 33 an Positionen ausbildet, an denen die Verformung der Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes verhindert werden kann, beispielsweise an Positionen nahe des Bolzenlochs 14 und zwischen der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 und Gummiwülsten 24, und dann ist jeweils eine Kante jedes der Löcher 33 zurückgefalzt, um einen Falzabschnitt 34 zu bilden, und eine ringförmige Beilagescheibe 35 wird im Inneren des Falzabschnitts 34 gehalten. Des weiteren wird an einer Position zwischen benachbarten Zylinderbolhrungslöchern 13 ein Teil der Beilagescheibe 36, die aus einem Weichmetall-Material hergestellt ist, wie in Fig. 8 gezeigt ist, in nebeneinanderliegenden Falzabschnitten 21 gehalten. Damit leicht zu erkennen ist, ob die ringförmige Beilagescheibe 35 im Inneren des Falzabschnitts 34 gehalten wird oder nicht, hat die Beilagescheibe 35 vorzugsweise größere Abmessungen als der Falzabschnitt 34.
Von der Metalldichtung 30 kann in dem Fall, in dem der Zylinderblock und der Zylinderkopf aus einem Werkstoff hergestellt sind, der eine geringe Steife besitzt, etwa aus einer Aluminiumlegierung oder dergleichen, erwartet werden, daß weiterhin ein gleichmäßiger Flächendruck erzielt wird und die Dichtheit gewährleistet ist, wenn sie zusammen mit dem weichen Element, etwa einer dehnbaren Graphitfolie oder dergleichen, verwendet wird. Das heißt, daß dann, wenn die Metalldichtung 30 zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angebracht ist und durch das Anziehen des Bolzens ein Flächendruck ausgeübt wird, zuerst der höchste Gummiwulst 24 in der Zusammendrückungsrichtung elastisch verformt wird und dann die Falzabschnitte 21 und 22 in der Zusammendrückungsrichtung verformt werden und durch diese Verformung das weiche Element 17 und der Ring 31 verformt werden. Da der Ring 31 Drahtform besitzt, d. h. einen im wesentlichen runden Querschnitt aufweist, nimmt der Ring 31 den Flächendruck an einer schmalen Fläche auf; in dem Maße, wie der Ring 31 jedoch allmählich zusammengedrückt wird, vergrößert sich die Fläche, die den Flächendruck aufnimmt.
Da der Ring 31 im Inneren des Falzabschnitts 21 gehalten wird, nimmt die Zusammendrückbarkeit allmählich ab. Zu dieser Zeit ist jedoch die Dichtheit zu den Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes gewährleistet, da sich in dem Falzabschnitt 21, in dem weichen Element 17 und in dem Ring 31 eine zurücktreibende Kraft entwickelt hat die außerdem den Falzabschnitt 21, das weiche Element 17 und den Ring 31 entsprechend der Verformung des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes verformt, so daß die Dichtheit ununterbrochen sichergestellt ist.
Andererseits, da der Ring 31 über dem gesamten Umfang der Zylinderbohrung 13 gehalten wird und die Beilagescheibe 36 zwischen nebeneinanderliegenden Zylinderbohrungen 13 gehalten wird und die zurücktreibende Kraft durch den Falzabschnitt 32 gegen die durch den Bolzen oder dergleichen ausgeübte Spannkraft wirkt, strebt der Flächendruck, der durch die Spannkraft hervorgerufen wird, nach Gleichmäßigkeit über der gesamten Metalldichtung 30, so daß insbesondere an den Stellen, an denen der Flächendruck gering ist, wie zwischen den Zylinderbohrungslöchern 13 und zwischen den Bolzenlöchern 14, eine ausreichende Dichtheit gewährleistet ist.
Da außerdem mehrere Löcher 33 ausgebildet sind und die Beilagescheibe 35 dadurch gehalten wird, daß für jedes Loch 33 der Falzabschnitt 34 geformt ist, ist die Metalldichtung 30 mit dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf nicht nur an der Position rings um das Zylinderbohrungsloch 13 in Kontakt, sondern auch an jedem Falzabschnitt 34. Dies hat zur Folge, daß der Flächendruck nicht nur auf die Position rings um das Zylinderbohrungsloch 13 konzentriert ist und die Verformung der Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes verhindert wird.
Außerdem können, wie in den Fig. 12A und 12B gezeigt ist, mehrere Ringe 37, 38 und 39 mit unterschiedlichen Durchmessern im Inneren des Falzabschnitts 21 über dem gesamten Durchmesser des Zylinderbohrungslochs 13 gehalten werden. Diese Ringe 37, 38 und 39 sind aus einem drahtförmigen Weichmetall-Material hergestellt, das demjenigen des Rings 31 ähnlich ist.
Wenn an dem Ende des Zylinderbohrungslochs 13 ein hoher Flächendruck erforderlich ist, wie in Fig. 12A gezeigt ist, wird der Ring 37, der den größten Durchmesser besitzt, im Inneren des Falzabschnitts 21 gehalten, und der Ring 38 mit dem nächst kleineren Durchmesser sowie der Ring 39 mit dem kleinsten Durchmesser werden in dieser Reihenfolge in Richtung der Außenseite des Falzabschnitts 21 gehalten. Da in dieser Anordnung, was die von den Bolzen oder dergleichen aufgebrachte Spannkraft anbelangt, die Zusammendrückbarkeit dem Betrag nach an dem Ende des Zylinderbohrungslochs 13 am größten ist und sich mit zunehmendem Abstand von diesem Ende verringert, ist die Verformung der Ringe 37, 38 und 39 zweckmäßigerweise proportional zum Flächendruck, so daß an dem Ende des Zylinderbohrungslochs 13 ein hoher Flächendruck sichergestellt werden kann.
Andererseits besteht bei einer Kraftmaschine, die durch Preßpassung einer Gußeisenbuchse in einen Zylinderblock, der aus Aluminium hergestellt ist, wenn eine große Kraft auf das Ende des Falzabschnitts 21 des Zylinderbohrungslochs 13 einwirkt, die Möglichkeit, daß ein Nachteil verursacht wird, dadurch, daß die Gußeisenbuchse durch Runden ihrer Kante verformt wird und sich die Rundheit der Zylinderbohrung verschlechtert. Folglich wird in einem solchen Fall, wie in Fig. 12B gezeigt ist, der Ring 39 mit dem kleinsten Durchmesser am Ende der Falzabschnitts 21 gehalten, und der Ring 38 mit dem größeren Durchmesser sowie der Ring 37 mit dem größten Durchmesser werden in dieser Reihenfolge in Richtung der Außenseite des Falzabschnitts 21 gehalten. Bei dieser Anordnung ist die Zusammendrückbarkeit an der von dem Ende entfernten Position größer als an der Position nahe dem Ende des Falzabschnitts 21. Dies hat zur Folge, daß die Verformung der Ringe 37, 38 und 39 zweckmäßigerweise proportional zum Flächendruck ist und der Flächendruck, der die Abdichtung bewirkt, gemittelt wird. Folglich wird die Verformung der Gußeisenbuchse durch Runden ihrer Kante verhindert, und die Rundheit der Zylinderbohrung kann gewährleistet werden.
Da bei den Metalldichtungen 10 und 30 der vorliegenden Erfindung die Dichtung aus einer einzigen Grundplatte 11 gebildet ist und die Falzabschnitte 21, 22, 32 und 34 in der Grundplatte 11 ausgebildet sind, kann die Anzahl der herzustellenden metallischen Formen verringert werden, und die Herstellkosten einschließlich der Materialkosten können erheblich gesenkt werden. Da außerdem die Gummiwülste 24 unter Verwendung einer Ausgabevorrichtung in einem Strich, mittels Siebdruck, mittels Formdruck unter Verwendung einer Metallform oder dergleichen leicht geformt werden können, kann die Metalldichtung sehr preiswert gefertigt werden.
Wenn bei den Metalldichtungen 10 und 30 wie oben beschrieben die Dichtung zwischen den Aneinanderfügungsflächen des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes eingefügt ist und festgezogen wird, werden, was die Abweichung der Spannkräfte anbelangt, der Falzabschnitt 21 und das weiche Element 17 im Inneren des Falzabschnitts 21 der Abweichung folgend in entsprechender Weise verformt, und der Flächendruck durch die Spannkraft wird aufgrund der Verformung weiter ausgeglichen. Da außerdem die Gummiwülste 24 ebenfalls elastisch verformt werden und die Spannkraft weiter ausgeglichen wird, kann eine ausreichende Dichtwirkung gewährleistet werden. Wie weiter oben erwähnt worden ist, ist es möglich, indem die Vermeidung der Abweichung der Spannkräfte erreicht wird, während gleichzeitig eine ausreichende Dichtwirkung sichergestellt ist, das Auftreten von Rissen und Brüchen in der Metalldichtung infolge der Einwirkung der Schwingungsamplitude, die während des Betriebs der Kraftmaschine erzeugt wird, zu verhindern und eine Verringerung der Nutzungsdauer der Metalldichtung durch Einwirkung des Verbrennungsgases zu verhindern. Für die Kraftmaschine insgesamt wird der Kraftstoffverbrauch gesenkt und die Nutzungsdauer verbessert.
In dieser Ausführungsform ist die Höhe der oberen Aneinanderfügungsflächen der Falzabschnitte 21, 22, 32 und 34 von der oberen Aneinanderfügungsfläche der Grundplatte 11 durch die Bildung der Stufenabschnitte 23 und 23 der Höhe der unteren Aneinanderfügungsflächen der Falzabschnitte 21, 22, 32 und 34 von der unteren Aneinanderfügungsfläche der Grundplatte 11 angeglichen worden. Jedoch könnte, wie in Fig. 13 gezeigt ist, statt die Stufenabschnitte auszubilden, die Höhe eines Gummiwulstes 24a an der Falzseite des Falzabschnitts 21 vergrößert werden, und die Höhe eines Gummiwulstes 24b an der gegenüberliegenden Seite könnte verringert werden, so daß die Höhe der oberen Aneinanderfügungsfläche des Gummiwulstes 24a von der oberen Aneinandenfügungsfläche der Grundplatte 11 gleich der Höhe der unteren Aneinanderfügungsfläche des Gummiwulstes 24b von der unteren Aneinanderfügungsfläche der Grundplatte 11 ist.
Außerdem ist es möglich, daß die Endabschnitte der Falzabschnitte 22 nicht völlig eben sind, da die Falzabschnitte 22 am äußeren Umfang der Grundplatte 11 ausgebildet sind. Wenn die Metalldichtung, die nicht völlig eben ist, zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angebracht ist, wird sich, wie leicht vorauszusagen ist, die Dichtheit an diesen Endabschnitten verschlechtern, und es wird einer übermäßig großen Kraft bedürfen, um die Endabschnitte zusammenzudrücken und zu ebnen, wobei gleichzeitig die Möglichkeit besteht, daß durch das Zusammendrücken infolge der Ausübung der Kraft ein Zurückfedern herbeigeführt wird.
Folglich ist, wie in den Fig. 14A und 14B gezeigt ist, wenn der Endabschnitt 22A des Falzabschnitts 22 außerhalb wenigstens einer der Aneinanderfügungsflächen des Zylinderkopfes 100 und des Zylinderblocks 101 positioniert ist, die Dichtheit nicht beeinträchtigt, und es besteht keine Notwendigkeit, die Kraft aufzubringen, um den Endabschnitt zu ebnen. Außerdem hat dies zur Folge, daß die Dichtungsbelastung genau berechnet werden kann.
Wenn die Metalldichtung 10 oder 30 an einer wassergekühlten Kraftmaschine angebracht ist, wie in Fig. 15 gezeigt ist, wobei beide Aneinanderfügungsflächen der Grundplatte 11 mit Ausnahme der Falzabschnitte 21, 22, 32 und 34 mit Schaumgummi 40 beschichtet sind, kann außerdem der nachfolgend genannte Vorteil erzielt werden. In der wassergekühlten Kraftmaschine wird nämlich das Kühlwasser von einer Pumpe umgewälzt, und es besteht der Trend, daß der Wasserdruck nahe der Pumpe hoch ist, während er umgekehrt an einer von der Pumpe entfernten Position gering ist. Aus diesem Grund ist bei einer Metalldichtung mit Wasserlöchern 16, die dem Wassermantel der wassergekühlten Kraftmaschine entsprechen, im Stand der Technik die Regulierung des Wasserdrucks durch eine Änderung der Größe der Wasserlöcher 16 erzielt worden. Wenn jedoch eine Grundplatte mit großer Dicke verwendet wird, ist der Dickenunterschied zwischen den Falzabschnitten 21, 22, 32 und 34 und dem einlagigen Teil der Grundplatte 11 groß und es ist ein großer Zwischenraum zwischen dem einlagigen Teil der Grundplatte 11 und dem Zylinderblock oder dem Zylinderkopf vorhanden. Folglich könnte ein Kurzschluß auftreten. Wenn die Metalldichtung an einer solchen Kraftmaschine zu befestigen ist, kann folglich durch Beschichten mit Schaumgummi 40 der Kurzschluß zwischen den Wasserlöchern 16 verhindert werden, ohne daß ein zu großer Flächendruck ausgeübt werden muß.
Obwohl dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist, kann ein einheitlicher Flächendruck erzielt werden, indem für die von den Spannelementen, wie etwa Bolzen, entfernten Positionen, für die Position zwischen den Zylinderbohrungslöchern 14 und für einen Abschnitt, in dem die Anzahl der Öllöcher 15 und der Wasserlöcher 16 groß ist, die Breite und die Dicke des weichen Elements 17 teilweise erhöht werden. Das heißt da die zurücktreibende Kraft des weichen Elements 17 verstärkt wird, indem die Breite und die Dicke vergrößert werden, und umgekehrt die Rückstoßkraft gemindert wird, indem die Breite und die Dicke verringert werden, wird durch das teilweise Vergrößern der Breite und der Dicke des weichen Elements 17 an einer Position mit niedriger Spannkraft der Flächendruck entsprechend ausgeglichen.
Außerdem ist es nicht notwendig, mehrere Grundplatten 11 zu stapeln, wenn die Bildung einer Metalldichtung mit großer Plattendicke angestrebt wird, denn diese kann durch Halten eines weichen Elements oder einer Beilagescheibe mit einer gewünschten Dicke im Inneren des Falzabschnitts, der in direktem Kontakt mit der Aneinanderfügungsfläche des Zylinderblocks oder des Zylinderkopfes ist, sowie durch ein entsprechendes Vergrößern der Höhe des Gummiwulstes und des metallischen Wulstes erzielt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf die Fig. 16 und 17 beschrieben.
Wie in diesen Figuren gezeigt ist, enthält eine Metalldichtung 40 eine Grundplatte 11, die aus Metall, etwa aus rostfreiem Edelstahl, hergestellt ist, wobei in der Grundplatte 11 mehrere Löcher ausgebildet sind. Die Grundplatte 11 besitzt sowohl eine Innenfläche jedes Lochs als auch Aneinanderfügungsflächen rings um jedes Loch, auf welche eine Plattierung, wie etwa eine metallische Plattierauflage, ein Harzüberzug, eine Mehrkomponentenplattierung aus Metall und Harz usw., aufgebracht ist, und außerdem ist auf der Oberfläche der Grundplatte 11 in Abhängigkeit von der Oberflächengüte der Aneinanderfügungsflächen eines Zylinderblocks und eines Zylinderkopfes, die eine Kraftmaschine bilden, ein Oberflächenbehandlungsmaterial 12, wie etwa Fluorkautschuk, Nitrilkautschuk (NBR), Molybdändisulfid oder dergleichen eingebrannt.
Die mehreren Löcher umfassen mehrere Zylinderbohrungslöcher 13, die den Zylinderbohrungen (Brennkammern) des Zylinderblocks entsprechen, Bolzenlöcher 14 (14a bis 14f), die den Positionen der Spannelemente (Bolzen) für die Verbindung des Zylinderblocks mit dem Zylinderkopf entsprechen, Öllöcher 15, die den Ölkanälen für die Zuführung von Schmieröl zu jedem sich gleitend bewegenden Teil, wie etwa einem Kolben (nicht gezeigt) oder dergleichen, entsprechen, und Wasserlöcher 16, die an einem Innenseitenabschnitt eines Wassermantels für die Zuführung von Kühlwasser zu dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf, deren Temperatur durch die Kraftstoffverbrennung und die Gleitbewegung des Kolbens ansteigt, positioniert sind. Diese Löcher 13 bis 16 gelangen mit entsprechenden Teilen der Kraftmaschine in Verbindung, wenn die Metalldichtung 40 zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angebracht wird, um die Kraftmaschine zusammenzusetzen.
Was die Löcher 13 bis 16 anbelangt, so ist für die Zylinderbohrungslöcher 13 eine Kante des Lochs 13 der Grundplatte 11 zurückgefalzt, um einen Falzabschnitt 21 zu bilden, wie in Fig. 17 gezeigt ist, und ein weiches Element 17, das beispielsweise aus einer dehnbaren Graphitfolie hergestellt ist, wird im Inneren des Falzabschnitts 21 gehalten. Die Dicke des weichen Elements 17 wird in Abhängigkeit von der Steife der Kraftmaschine verändert, und je größer die Steife ist, desto geringer wird seine Dicke, wobei jedoch die übliche Dicke ungefähr 0,3 mm beträgt und in diesem Beispiel ein weiches Element mit einer Dichte von 1,0 im Inneren gehalten wird und durch einen Druck von etwa 600 kg/cm² um ungefähr 30 bis 50% zusammengedrückt und verformt wird. Außerdem ist das weiche Element 17 nicht auf die dehnbare Graphitfolie beschränkt, sondern es könnte beispielsweise eine Weichmetallscheibe wie etwa eine Bleischeibe, eine Zinkscheibe, eine Kupferscheibe, eine Scheibe aus weichem Stahl oder dergleichen oder Ethylen-4-fluorid-Folie (d. h. Polyimid-Folie) oder Glimmer verwendet werden.
Wird angenommen, daß eine Gerade, die durch die Mittelpunkte nebeneinanderliegender Zylinderbohrungslöcher 13 verläuft, als Bezugsgerade L0 bezeichnet wird, liegen die Mittelpunkte der Bolzenlöcher 14a bis 14c, die sich auf einer Seite der Bezugsgeraden L0 befinden, auf einer Geraden L1, die parallel zur Bezugsgeraden L0 ist, und die Mittelpunkte der Bolzenlöcher 14d bis 14f, die sich auf der anderen Seite der Bezugsgeraden L0 befanden, liegen auf einer Geraden L2, die parallel zur Bezugsgeraden L0 ist. Außerdem sind die Mittelpunkte zweier Bolzenlöcher 14a und 14d, die sich mit dem kürzesten Abstand auf verschiedenen Seiten der Bezugsgeraden L0 gegenüberliegen, auf einer Geraden K1, die orthogonal zur Bezugsgeraden L0 ist, und ebenso sind die Mittelpunkte der zwei Bolzenlöcher 14b und 14e auf einer Geraden K2, die orthogonal zur Bezugsgeraden L0 ist, und die Mittelpunkte der zwei Bolzenlöcher 14c und 14f sind auf einer Geraden K3, die orthogonal zur Bezugsgeraden L0 ist. Hier ist jede der Geraden K1 bis K3 durch eine erste Bolzenlochlinie dargestellt, und jede der Geraden L1 und L2 ist durch eine zweite Bolzenlochlinie dargestellt.
Zwischen dem Bolzenloch 14a auf der Geraden K1 und der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 befindet sich ein Ölloch 15, wobei ein Teil der Kante des Öllochs 15 längs der Geraden K1 und nahe der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 zu der gleichen Aneinanderfügungsflächenseite wie der Falzabschnitt 21 des Zylinderbohrungslochs 13 zurückgefalzt ist, um den Falzabschnitt 22a zu bilden. Durch Falzen eines Teils der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 an einer Außenseite des Bolzenlochs 14d auf der Geraden K1, wobei dieser Teil der äußeren Umfangskante auf der gleichen Aneinanderfügungsflächenseite wie der Falzabschnitt 21 des Zylinderbohrungslochs 13 zurückgefalzt wird, wird ein Falzabschnitt 22d gebildet.
An den Außenseiten der Bolzenlöcher 14b und 14e auf der Geraden K2 sind mit den Falzabschnitten 22b und 22e jeweils Zurückfalzabschnitte der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 auf der gleichen Aneinanderfügungsflächenseite wie der Falzabschnitt 21 des Zylinderbohrungslochs 13 ausgebildet.
Ein weiteres Ölloch 15 befindet sich zwischen dem Bolzenloch 14c auf der Geraden K3 und der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11, wobei ein Teil der Kante des Öllochs 15 längs der Geraden K3 und nahe der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 zu der gleichen Aneinanderfügungsflächenseite wie der Falzabschnitt 21 des Zylinderbohrungslochs 13 zurückgefalzt ist, um einen Falzabschnitt 22c zu bilden. Ein Falzabschnitt 22f ist in dem Bolzenloch 14f (das auch als Ölloch dient) auf der Geraden K3 durch Falzen einer Kante des Bolzenlochs 14f auf der Seite der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 gebildet, wobei die Kante des Bolzenlochs 14f auf die gleiche Aneinanderfügungsflächenseite wie der Falzabschnitt 21 des Zylinderbohrungslochs 13 zurückgefalzt ist.
Durch Falzen eines Teils der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 an einer lateralen Außenseite jedes der Bolzenlöcher an einander gegenüberliegenden Enden (das Bolzenloch 14a am in Fig. 16 gezeigten linken Ende und ein Bolzenloch am nicht gezeigten rechten Ende) auf der Geraden L1 wird ein Falzabschnitt 22g gebildet, wobei der Falzabschnitt 22g durch Falzen auf die gleiche Aneinanderfügungsflächenseite wie der Falzabschnitt 21 des Zylinderbohrungslochs 13 entsteht. Ebenso wird durch Falzen eines Teils der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 an einer lateralen Außenseite jedes der Bolzenlöcher an einander gegenüberliegenden Enden auf der Geraden L2 ein Falzabschnitt 22h gebildet, wobei der Falzabschnitt 22h durch Falzen auf die gleiche Aneinanderfügungsflächenseite wie der Falzabschnitt 21 des Zylinderbohrungslochs 13 entsteht.
Diese Falzabschnitte 22a bis 22h entsprechen in der vorliegenden Erfindung den Abschnitten großer Dicke, wobei alle Falzabschnitte durch Zurückfalzen einer zusätzlichen Kante der Grundplatte 11 geformt werden und die zusätzliche Kante während der Formung der Grundplatte so gebildet wird, daß sie über den Hauptteil der Grundplatte 11 übersteht. Diese Falzabschnitte halten keine Teile im Inneren, sie sind lediglich gefalzt.
Die Falzabschnitte 21 und 22a bis 22h besitzen sowohl Aneinanderfügungsflächen, die mit einem Schmiermittel, wie etwa Molybdändisulfid, Graphit oder dergleichen beschichtet sind, als auch andererseits einige Rauhigkeiten, die an der Innenfläche des Falzabschnitts 21 ausgebildet sind.
Die Teile der Grundplatte 11, an welchen die Falzabschnitte 21 und 22 (22a bis 22h) ausgebildet sind, stehen im Vergleich zum Rest der Grundplatte 11 auf einer Aneinanderfügungsflächenseite vor. Wie in Fig. 17 gezeigt ist, sind jedoch Stufenabschnitte 23 an Grenzpositionen zwischen den Falzabschnitten 21 und 22b und dem Rest der Grundplatte 11 ausgebildet, so daß die Falzabschnitte 21 und 22b in bezug auf den Rest der Grundplatte 11 nach unten abgestuft sind. Dies hat zur Folge, daß die Höhe der oberen Oberflächen der Falzabschnitte 21 und 22b von der Oberseite der Grundplatte 11 der Höhe der unteren Oberflächen der Falzabschnitte 21 und 22b von der Unterseite der Grundplatte 11 gleich ist. An einer Position zwischen nebeneinanderliegenden Zylinderbolhrungslöchern 13 ist der Stufenabschnitt 23 nicht ausgebildet, da der Zwischenraum eng ist.
Andererseits ist ein Gummiwulst 24, beispielsweise aus Silicongummi, auf jeder der beiden Aneinanderfügungsflächen der Grundplatte 11 ausgebildet. Der Gummiwulst 24 ist rings um das Zylinderbohrungsloch 13 und rings um jedes Bolzenloch 14 ausgebildet, wobei er gleichzeitig so geformt ist, daß er die Zylinderbohrungslöcher 13, die Bolzenlöcher 14, die Öllöcher 15 und die Wasserlöcher 16 abgrenzt. In Fig. 16 ist der Ort des Gummiwulstes 24 durch eine gestrichelte Linie mit langen und kurzen Strichen dargestellt.
Ferner hat der Gummiwulst 24 senkrecht zu den Aneinanderfügungsflächen einen Querschnitt von halbrunder Form, wie in Fig. 17 gezeigt ist, wobei gleichzeitig die Gummiwülste 24 an den beiden Aneinanderfügungsflächen symmetrisch zueinander sind. Der Querschnitt ist nicht auf die halbrunde Form beschränkt, sondern könnte eine Trapezform annehmen, wobei die Form an anderen Positionen von jener rings um das Bolzenloch 14 verschieden sein könnte. Außerdem könnten im Voraus einige Ungleichförmigkeiten oder Rauhigkeiten auf der Grundplatte 11 an den Positionen, an welchen die Gummiwülste 24 geformt werden sollen, ausgebildet werden, so daß die Bildung der Gummiwülste 24 in einem guten Zustand erfolgen kann.
Diese Gummiwülste 24 werden an beiden Aneinanderfügungsflächen der Grundplatte 11 so ausgebildet, daß die Höhe eines oberen Scheitels der Gummiwülste 24 von der oberen Aneinanderfügungsfläche der Falzabschnitte 21 und 22b gleich der Höhe eines unteren Scheitels der Gummiwülste 24 von der unteren Aneinanderfügungsfläche der Falzabschnitte 21 und 22b ist und außerdem ein Abstand zwischen dem oberen Scheitel und dem unteren Scheitel der einander gegenüberliegenden Gummiwülsten 24 etwa 1,5 mal so groß wie die Dicke der Falzabschnitte 21 und 22 ist. In diesem Fall, wobei hinsichtlich der Dicke der Metalldichtung 10 angenommen wird, daß die Höhe der einander gegenüberliegenden Gummiwülste 24, gemessen zwischen dem oberen und dem unteren Scheitel, durch T1 repräsentiert wird, die Dicke des Falzabschnitts 21 des Zylinderbohrungslochs 13 durch T2 repräsentiert wird und die Dicke des Falzabschnitts 22 an der äußeren Umfangskante nahe des Bolzenlochs 14 durch T3 repräsentiert wird, ist es notwendig, daß die zwischen diesen Dicken T1, T2 und T3 bestehende Beziehung der gleichen Bedingung genügt, wie sie mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben worden ist. Der Gummiwulst 24 könnte wie mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben hergestellt werden.
In diesem Fall ist es möglich, den Gummivulst 24 auf nur einer der Aneinanderfügungsflächen auszubilden, wobei auf der anderen Aneinanderfügungsfläche ein metallischer Wulst so ausgebildet wird, daß der metallische Wulst über diese Aneinanderfügungsfläche übersteht. Es ist jedoch eine Metallform notwendig, um den metallischen Wulst zu bilden.
Die auf diese Weise gebildete Metalldichtung 40 ist, wenn sie zwischen den Aneinanderfügungsflächen des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks angebracht ist, so beschaffen, daß ein Bereich einer Metallfläche (in der Praxis mit dem Oberflächenbehandlungsmaterial 12 beschichtet), der die Aneinanderfügungsfläche des Zylinderkopfes oder des Zylinderblocks berührt, ungefähr 30% oder weniger der Gesamtfläche der Metalldichtung 40 einnimmt. Mit dieser Konstruktion soll die absolute Belastung, die ausgeübt wird, wenn die Metalldichtung 40 zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf eingefügt ist und mittels Spannelementen wie etwa Bolzen festgezogen ist, soweit wie möglich verringert werden.
Als nächstes wird die Funktion der Metalldichtung 40 erläutert. Wenn die Metalldichtung 40 zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf eingefügt ist und mittels Spannelementen, wie etwa Bolzen, festgezogen wird, dann wird die Metalldichtung 40 infolge des Flächendrucks auf den Zylinderblock und den Zylinderkopf, der durch die Spannkraft verursacht wird, in einer Zusammendrückungsrichtung verformt. Genauer wird der Gummiwulst 24, der am höchsten ist, in der Zusammendrückungsrichtung elastisch verformt, woraufhin die Falzabschnitte 21 und 22 in der Zusammendrückungsrichtung verformt werden und das weiche Element 17 durch die Verformung des Falzabschnitts 21 verformt wird.
Zu diesem Zeitpunkt wird unter der Voraussetzung, daß die Dicke des weichen Elements 17 etwa 0,3 mm beträgt, an einem dem Bolzen nahen Abschnitt des weichen Elements 17, wo der Flächendruck hoch ist, das weiche Element 17 um ungefähr 50% verformt, so daß es eine Dicke von ungefähr 0,15 mm annimmt, während an einem dem Bolzen fernen Abschnitt des weichen Elements 17, wo der Flächendruck niedrig ist, beispielsweise an einer Position zwischen benachbarten Zylinderbohrungslöchern 13 oder an einer Position zwischen Bolzenlöchern 14, die Dicke auf ungefähr 0,18 bis 0,20 mm verringert wird. Da das weiche Element 17 so verformt wird, daß es an einem Abschnitt mit hohem Flächendruck eine geringere Dicke aufweist und umgekehrt an einem Abschnitt mit einem im Vergleich zu dem Abschnitt mit hohem Flächendruck niedrigen Flächendruck eine größere Dicke aufweist, kann folglich eine ausreichende Dichtwirkung gewährleistet werden.
Außerdem wird sich die für eine Verformung erforderliche Kraft mindern, wenn die Breite des Gummiwulstes 24 kleiner ist. Folglich kann diese Metalldichtung 40 an eine weitere Verringerung der Steife des Zylinderkopfes und des Zylinderblocks angepaßt werden.
Was die Verformung des Zylinderkopfes durch die Spannkraft anbelangt, so wird, wenn der Querschnitt längs der Geraden K2 betrachtet wird, wie in der schematischen Darstellung von Fig. 18 gezeigt ist, der Zylinderkopf gegen den Falzabschnitt 21 des Zylinderbohrungslochs 13 gepreßt und ein Teil des Zylinderkopfes zwischen den Bolzenlöchern 14b und 14e wird so verformt, daß er an der Oberseite in eine konvexe Form gebogen wird, die durch das Bezugszeichen H1 repräsentiert wird. Daraufhin berührt der Zylinderkopf die Falzabschnitte 22b und 22e, die sich jeweils an Außenseiten der Bolzenlöcher 14b und 14e befinden. Da jedoch die Falzabschnitte 22b und 22e kein weiches Element halten, werden sie kaum verformt und fangen die Verformung des Zylinderkopfes ab.
Wenn die Spannkraft weiter erhöht wird, wirken die Falzabschnitte 22b und 22e als Kontervorrichtung, und es wird eine Kraft F erzeugt, die den Teil des Zylinderkopfes zwischen den Bolzenlöchern 14b und 14e so verformt, daß er an der Unterseite in eine konvexe Form gebogen wird. Da diese Kraft F in einer Richtung entsteht, die die Verformung H1 des Zylinderkopfes, die durch den Kontakt des Falzabschnitts 21 des Zylinderbohrungslochs mit dem Zylinderkopf hervorgerufen wird, aufhebt, ist die tatsächliche Verformung H2 des Zylinderkopfes im Vergleich zu einer Verformung Hp, die auftreten würde, wenn die Falzabschnitte 22b und 22e nicht ausgebildet wären, wie im Stand der Technik, gering.
Außerdem wird, was die Querschnitte längs der Geraden K1 und K3 anbelangt, die Verformung des Zylinderkopfes gleichermaßen durch die Wirkung der Falzabschnitte 22a und 22d sowie 22c und 22f, die sich an den Außenseiten der entsprechenden Bolzenlöcher 14a und 14d sowie 14c und 14f befinden, verhindert. Außerdem wird, was die Querschnitte längs der Geraden L1 und L2 anbelangt, die Verformung des Zylinderkopfes durch die Wirkung der Falzabschnitte 22g und 22h, die sich an den Außenseiten der entsprechenden Bolzenlöcher 14a und 14d befinden, verhindert.
Wie weiter oben beschrieben ist, wird in dieser Ausführungsform, da die Falzabschnitte (Abschnitte großer Dicke) 22 (22a bis 22h) an den oben genannten Positionen auf allen ersten und zweiten Bolzenlinien (K1 bis K3 und L1 bis L2) ausgebildet sind, hinsichtlich der von den Bolzen aufgebrachten Spannkraft der Flächendruck am gesamten Umfang des Zylinderbohrungslochs 13 ausgeglichen, so daß die Rundheit des Zylinderbohrungslochs 13 sichergestellt ist. Folglich kann die Rundheit des Querschnitts des Zylinderinnenrohrs gewährleistet werden.
Außerdem wird für die Kraftmaschine als Ganzes der Kraftstoffverbrauch gesenkt, der Leistungsverlust wird vermindert, und die Verschmutzung durch Abgase wird verringert.
Außerdem ist in dieser Ausführungsform, wenn sich das Ölloch 15 zwischen dem Bolzenloch 14a und der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 längs der Bolzenlinien, wie etwa der Geraden K1, befindet, und das Bolzenloch 14f außerdem als Ölloch dient, der Teil der Kante des Öllochs 15 und des Bolzenlochs 14 gefalzt, um die Falzabschnitte 22a, 22c und 22f zu bilden. Jedoch könnte in einem solchen Fall auch ein Teil der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 gefalzt werden, um den Falzabschnitt zu bilden. Was dies anbelangt, so ist es vom Standpunkt der Einsparung von Grundplattenmaterial im Vergleich zu einem Beibehalten eines sich nach außen erstreckenden zusätzlichen Abschnitts, der dazu vorgesehen ist, gefalzt zu werden, um den Falzabschnitt der äußeren Umfangskante der Grundplatte 11 zu bilden, vorteilhaft, das Ölloch und dergleichen in der Grundplatte durch Beibehalten eines zusätzlichen Kantenabschnitts, der dafür vorgesehen ist, gefalzt zu werden, zu bilden» Dies ermöglicht somit eine stärkere Kosteneinsparung.
Außerdem ist in dieser Ausführungsform der Stufenabschnitt 23 in der Grundplatte 11 derart ausgebildet, daß die Höhe der beiden Aneinanderfügungsflächen des Falzabschnitts 21 und des Falzabschnitts 22 von der Grundplatte 11 für jede Seite der Grundplatte 11 angeglichen worden ist. Dies hat zur Folge, daß die Aneinanderfügungsflächen der Falzabschnitte 21 und 22 in gleichmäßigem Kontakt zu dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf sind. Da es außerdem möglich ist, den Gummiwulst 24 auf jeder Seite der Grundplatte 11 gleich hoch zu machen, wird auch der Kontakt des Gummiwulstes 24 mit dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf gleichmäßig. Außerdem werden die Falzabschnitte 21 und 22 durch die Bildung des Stufenabschnitts 23 mit einem Federungsvermögen versehen. Folglich verformt sich die Metalldichtung 40 auf eine geeignete Weise, die der Verformung des Zylinderblocks und des Zylinderkopfes durch die Spannkraft und die Wärmewirkung während des Betriebs folgt, so daß die Gleichmäßigkeit des Flächendrucks gefördert wird.
Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Metalldichtung, die nicht mit dem Stufenabschnitt 23 ausgebildet ist. Wo der Stufenabschnitt 23 nicht in der Grundplatte 11 ausgebildet ist, wird beispielsweise, wie in Fig. 19 gezeigt ist, ein Gummiwulst 24a auf der Seite der Falzabschnitte 21 und 22b dick gemacht, während ein Gummiwulst 24b auf der anderen Seite dünn gemacht wird, so daß die Höhe des oberen Gummiwulstes 24a von der oberen Aneinanderfügungsfläche der Falzabschnitte 21 und 22b der Höhe der unteren Gummiwulst 24b von der unteren Aneinanderfügungsfläche der Falzabschnitte 21 und 22b angeglichen wird.
Außerdem könnte bei der Bildung des Falzabschnitts, insbesondere des Falzabschnitts 22 (22b, 22d usw.), der an dem äußeren Umfangsabschnitt der Grundplatte 11 geformt wird, der Fall auftreten, daß das Ende des Falzabschnitts nicht völlig eben ist. Wenn die Metalldichtung mit einem solchen Falzabschnitt mit nicht ebenem Ende zwischen dem Zylinderblock und dem Zylinderkopf angebracht wird, so wird sich, wie leicht anzunehmen ist, die Dichtungswirkung an diesem Endabschnitt verschlechtern. Andererseits ist eine übermäßig große Kraft erforderlich, um den Endabschnitt zusammenzudrücken und zu ebnen, wobei gegebenenfalls bei dem Zusammendrücken durch Aufprägen einer Kraft ein Zurückfedern herbeigeführt werden könnte. Beispielsweise ist es sehr schwierig, den Endabschnitt zusammenzudrücken und zu ebnen, wenn die Plattendicke 0,3 mm oder mehr beträgt.
Folglich ist, wie in den Fig. 14A und 14B gezeigt ist, der Endabschnitt 22A des Falzabschnitts 22 außerhalb wenigstens einer der Aneinanderfügungsflächen des Zylinderkopfes 101 und des Zylinderblocks 100 positioniert. Dann wird die Dichtungswirkung nicht verschlechtert und es besteht keine Notwendigkeit, die Kraft auszuüben, um den Endabschnitt zu ebnen. Außerdem kann bei einer derartigen Anordnung eine Dichtungsbelastung genau berechnet werden.
In dieser Ausführungsform sind alle Abschnitte mit großer Dicke Falzabschnitte 22, die durch Falzen der Kante der Grundplatte 11, d. h. durch Falzendes überstehenden zusätzlichen Kantenabschnitts, der während der Herstellung der Grundplatte einteilig mit dieser ausgebildet worden ist, um gefalzt zu werden, gebildet sind. Die Bildung der Abschnitte mit großer Dicke ist folglich einfach. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, und wenn es unter dem Blickwinkel konstruktiver Notwendigkeiten nicht möglich ist, die Falzabschnitte zu bilden, könnten die Abschnitte großer Dicke auch durch Beilegen einer Beilagescheibe an der entsprechenden Stelle gebildet werden.
In dem Fall der Bildung der Abschnitte mit großer Dicke durch Beilegen eines von der Grundplatte verschiedenen Plattenmaterials am äußeren Umfang der Grundplatte könnten Plattenmaterialien geringer Größe an entsprechenden Positionen längs der ersten und zweiten Bolzenlinien angebracht werden. Die Bildung der Abschnitte mit großer Dicke ist jedoch einfacher, wenn eine große einheitliche Scheibe, die der gesamten äußeren Umfangskante der Grundplatte entspricht, so befestigt wird, daß die gesamte äußere Umfangskante der Grundplatte als der Abschnitt mit großer Dicke ausgebildet wird. Dies verstärkt zudem den Gegendruck des Abschnitts mit großer Dicke.
Außerdem ist es in dieser Ausführungsform beispielsweise für die Falzabschnitte 22a und 22d, wenn die Abstände der Falzabschnitte 22a und 22d von der Bezugsgeraden L0 unterschiedlich sind, vorzuziehen, eine Beilagescheibe oder dergleichen in den entfernten Falzabschnitt 22a einzufügen, um die Dicke zu erhöhen, so daß durch beide Falzabschnitte 22a und 22d äquivalente Gegendrücke erhalten werden. Um äquivalente Gegendrücke zu erhalten, ist es außerdem nur erforderlich, das Verhältnis der oben genannten Entfernung zur Dicke des Abschnitts mit großer Dicke mit Ausnahme der Grundplatte für jeden der beiden Abschnitte mit großer Dicke gleich zu machen.
Wie in dem Fall der Falzabschnitte 22a und 22c, wenn die Öllöcher 15 an den Außenseiten der Bolzenlöcher 14a und 14c ausgebildet sind, könnten zusätzlich zu den Falzabschnitten 22a und 22c weitere (nicht gezeigte) Falzabschnitte an den Kanten des Öllochs 15 an den Seiten der Bolzenlöcher 14a und 14c geformt sein. Als eine andere Möglichkeit könnte eine Beilagescheibe an der entsprechenden Position befestigt sein, um den Abschnitt mit großer Dicke zu bilden. Mit anderen Worten, die Abschnitte mit großer Dicke, die längs einer Bolzenlochlinie ausgebildet sind, sind nicht auf eine Anzahl von zwei beschränkt, sondern es könnten drei oder mehr ausgebildet sein.
Außerdem sind in dieser Ausführungsform alle Abschnitte großer Dicke (Falzabschnitte) an den vorbestimmten Positionen auf der ersten und der zweiten Bolzenlochlinie ausgebildet. Die vorliegende Erfindung schließt jedoch den Fall ein, bei dem ein Teil des Abschnitts mit großer Dicke an jeder der vorbestimmten Positionen auf der ersten und der zweiten Bolzenlochlinie ausgebildet ist. Auch in diesem Fall wird die Verformung des Zylinderkopfes teilweise verhindert; folglich wird der Flächendruck rings um das Zylinderbohrungsloch ausgeglichen, und die Rundheit des Zylinderbohrungslochs kann besser sein als im Stand der Technik.

Claims

1. Metalldichtung, die zwischen aneinandergefügte Flächen eines Zylinderblocks bzw. eines Zylinderkopfes eingefügt ist, um eine Dichtung zwischen diesen aneinandergefügten Flächen zu schaffen, und umfaßt:

eine einzige metallische Grundplatte (11) mit Brennkammer-Löchern (13) und weiteren Fluiddurchlaßlöchern (15, 16) sowie mit Bolzenlöchern (14), die darin ausgebildet sind;

einen ersten Falzabschnitt (21) der Grundplatte (11), der durch Zurückfalzen der Kante der Grundplatte (11) an jedem der Brennkammerlöcher (13) auf eine erste Aneinanderfügungsfläche der Grundplatte (11) gebildet wird;

ein weiches Element (17), das in dem ersten Falzabschnitt (21) der Grundplatte (11) gehalten wird und sich längs des ersten Falzabschnitts (21) erstreckt;

zweite Falzabschnitte (34) der Grundplatte (11), die an einer äußeren Umfangskante der Grundplatte (11) oder an der Kante jedes der Bolzenlöcher (14) ausgebildet sind;

einen Wulst (24), der aus einem Gummimaterial hergestellt ist und wenigstens an der ersten Aneinanderfügungsfläche der Grundplatte (11) wenigstens zwischen dem ersten Falzabschnitt (21) und dem zweiten Falzabschnitt (34) ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Höhe des Wulstes (24) in bezug auf die entsprechende Fläche der Grundplatte (11) höher als jene des ersten Falzabschnitts (21) ist und die Höhe des zweiten Falzabschnitts (34) niedriger als jene des ersten Falzabschnitts (21) ist.

2. Metalldichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Falzabschnitte (34) eine im wesentlichen nicht komprimierbare Beilagescheibe (35) (Fig. 11) enthalten.

3. Metalldichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Falzabschnitte (22) einen Endabschnitt (22A) besitzen, der im zusammengefügten Zustand außerhalb des Aneinanderfügungsbereichs des Zylinderblocks und des Zylinderkopfs (Fig. 14A, 14B) positioniert ist.

4. Metalldichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Grundplatte (11) ein Stufenabschnitt (23) ausgebildet ist, so daß die ersten Falzabschnitte und eventuell die zweiten Falzabschnitte (21, 34) im wesentlichen symmetrisch zu der Mittelebene der Grundplatte (11) (Fig. 1 bis 4) angeordnet sind.

5. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Breite und/oder die Dicke des weichen Elements, das in dem Falzabschnitt gehalten wird, teilweise in Umfangsrichtung des Brennkammerlochs ändert.

6. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oberflächenbehandlungsmaterial wenigstens auf eine der Aneinanderfügungsflächen der Grundplatte aufgebracht ist.

7. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis. 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Aneinanderfügungsflächen des Falzabschnitts ein Schmiermittel aufgebracht ist.

8. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Art von Plattierung wenigstens auf die innere Fläche des Brennkammerlochs der Grundplatte aufgebracht ist.

9. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Endabschnitt des Falzabschnitts des Brennkammerlochs der Grundplatte längs des gesamten Umfangs der Brennkammer ein drahtförmiges, weiches Element gehalten wird.

10. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Falzabschnitt des Brennkammerlochs der Grundplatte längs des gesamten Umfangs des Brennkammerlochs wenigstens zwei drahtförmige, weiche Elemente mit unterschiedlichen Durchmessern gehalten werden.

11. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beilagescheibe in Falzabschnitten benachbarter Brennkammerlöcher gehalten wird.

12. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Falzabschnitt der Grundplatte wenigstens ein das Brennkammerloch umgebender metallischer Wulst ausgebildet ist.

13. Dichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Höhe des metallischen Wulstes teilweise in Umfangsrichtung des Brennkammerlochs ändert.

14. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf beide Aneinanderfügungsflächen der Grundplatte mit Ausnahme des Falzabschnitts Schaumgummi aufgebracht ist, so daß die Höhe des Schaumgummis höher als jene des Falzabschnitts ist.

15. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kante der Grundplatte, die zurückgefaltet worden ist, weiter zur Seite der Grundplatte gebogen ist.

16. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß innere Flächen des Falzabschnitts als Flächen mit hohem Reibwiderstand ausgebildet sind.

17. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Abschnitt der Grundplatte, bei dem der Wulst aus einem Gummifamilien-Material, mit einer Fläche mit hohem Reibwiderstand ausgebildet ist.