DE4421219C5

DE4421219C5 - Metallische Flachdichtung mit örtlich einstellbarer Verformbarkeit

Info

Publication number: DE4421219C5
Application number: DE4421219A
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Stecher
Original assignee: STE Gesellschaft fur Dichtungstechnik mbH
Current assignee: Ste Gesellschaft fur Dichtungstechnik Mbh 26386
Priority date: 1994-02-12
Filing date: 1994-06-17
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2014-06-18
Also published as: DE4421219C2; DE4421219A1

Abstract

Metallische Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung (1), welche einstückig ausgebildet ist und
in beiden Oberflächen (12,13) jeweils mehrere konzentrisch zueinander verlaufende Aussparungen (11) aufweist, die jeweils einen Verdrängungsraum bilden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Aussparungen (11) so ausgebildet sind dass sich zwischen ihnen Dichtungsteilflächen (12a, 12b, 13c, 13d) ergeben, die auf der einen Oberfläche (12) eine andere Breite wie auf der anderen Oberfläche (13) aufweisen und dadurch auf der einen Oberfläche (12) der Dichtung die tragende Fläche der Dichtung kleiner ist, als auf der anderen Oberfläche (13) oder dass die Aussparungen (11) in der einen Oberfläche gegenüber den Aussparungen (11) in der gegenüberliegenden Oberfläche (12,13) horizontal versetzt angeordnet und so tief sind, dass sich zwischen ihnen Wände ergeben und zwei gegenüberliegende Wände unterschiedliche Wanddicken (Q1, Q3) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Flachdichtung, insbesondere eine metallische Zylinderkopfdichtung.
Flachdichtungen zur Abdichtung von nicht völlig starren Bauteilen haben die Aufgabe, sich an Unebenheiten und Verformungen der abzudichtenden Flächen so anzupassen, dass eine für die Abdichtung ausreichende Flächendichtung entsteht.
Bekannt sind die verschiedensten Lösungen von der Weichstoffdichturtg, welche aus einem Gemisch von Kunststoff-Fasern und Gummibestandteilen besteht, über reine Gummidichtungen, Weichkupfer- und Bleiringen bis hin zu gesickten Blechdichtungen.
Aus der EP 0 485 693 A1 ist eine Flachdichtung, insbesondere eine Zylinderkopfdichtung, bekannt, die aus einem druckfesten nicht verformbaren Werkstoff besteht. Dieser ist im Unterschied zu anderen Dichtungen bereits vor dem Einbau bleibend verformt, so dass er also an die Topographie des zu dichtenden Gegenstands angepasst ist.
Da insbesondere bei Zylinderkopfdichtungen verschiedenste Dichtaufgaben gelöst werden müssen, wie z. B. in den Bereichen zwischen hochgespannten Gasen und Öl- und Wasserableitungen, müssen für die zuletzt genannten Bereiche zusätzlich elastomere Abdichtungen vorgesehen sein. Bei Zylinderkopfdichtungen können diese Bereiche nahe beieinander liegen, und des weiteren können Bereiche vorhanden sein, die lediglich Stützfunktionen haben.
Diese Umstände bedingen oftmals eine aufwendige Konstruktion mit Zusatzmaßnahmen wie Einfassungen und dergleichen.
Die DE-OS 22 52 483 beschreibt eine Flachdichtung für einen Motor mit Zylinderlaufbuchsen. Die Dichtung, welche den Spalt zwischen Laufbuchse und Zylinderkopf ausfüllt, weist einen glatten äußeren Ringabschnitt und einen leichter verformbaren inneren Dichtungsabschnitt auf. Die erhöhte Verformbarkeit wird durch Auskehlungen im inneren Dichtungsabschnitt erreicht. Eine gezielte Anpassung der Verformbarkeit an die unterschiedlichen Dichtflächen wird nicht beschrieben.
Im Gebrauchsmuster DE 69 16 823 U wird ein schwingungsdämpfendes Dichtelement aus elastischem Material beschrieben, welches über seine gesamte Fläche gleichmäßig verteilte Vertiefungen oder Durchlochungen aufweist, um dessen Flexibilität zu erhöhen.
Die Kunststoffdichtung gemäß US 5,295,698 A weist ein massives Dichtelement mit trapezförmigem Querschnitt auf, welches auf einer Seite über die Dichtungsebene vorsteht und auf der anderen Seite von zwei V-förmigen Ausnehmungen im Dichtungskörper flankiert wird, so dass das Dichtelement nur an zwei schmalen und leicht verformbaren Stegen mit dem restlichen Dichtungskörper verbunden ist.
Eine ähnliche Dichtung wird auch in der EP 0 316 962 A1 beschrieben. Hier steht das Dichtelement jedoch beidseitig über die Dichtungsebene vor und wird auf jeder Seite der Dichtungsebene jeweils beidseitig von Vertiefungen eingerahmt.
Die DE-OS-14 25 524 beschreibt Dichtungen, in denen eine Sicke durch ein Dichtelement mit einer Vielzahl paralleler Dichtlinien ersetzt ist. Die Dichtlinien werden durch mehrere mittels Tiefziehen hergestellte parallele kleine Sicken, Auflagen auf der Dichtungsebene oder durch parallele Dichtstege verwirklicht, die mit Ausnehmungen im Dichtungskörper abwechseln. Auch hier ist eine Anpassung an die unterschiedlichen abzudichtenden Gegenflächen nicht beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine metallische Flachdichtung anzugeben, welche auf einfache Weise herstellbar ist und die bei der Abdichtung zweier unterschiedlicher Materialien, wie z. B. einem Graugussblock und einem Aluminium-Kopf, eine einfache Anpassung an die jeweiligen Werkstoffeigenschaften ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die metallische Flachdichtung einstückig ausgebildet ist und in beiden Oberflächen jeweils mehrere konzentrisch zueinander verlaufende Aussparungen aufweist, die jeweils einen Verdrängungsraum bilden. Die Aussparungen sind so ausgebildet, dass sich zwischen ihnen Dichtungsteilflächen mit voneinander verschiedener Breite und/oder zwischen einer Aussparung und den nächstliegenden Aussparungen der gegenüberliegenden Oberfläche verbleibende Wände mit an sich entsprechenden Stellen voneinander abweichenden Dicken ergeben.
Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sind Kennzeichen der Unteransprüche.
Vorteil der erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung ist, dass sie einstückig gefertigt werden kann und somit keine zusätzlichen Arbeitsgänge zum Anbringen zusätzlicher Abdichtungen bzw. Einfassungen notwendig sind. [0016] Ein weiterer Vorteil ist, dass bei der Abdichtung zweier unterschiedlicher Materialien, wie z. B. einem Graugussblock und einem Aluminium-Kopf, durch entsprechende Prägungen bzw. Aussparungen der Dichtung eine einfache Anpassung an die jeweiligen Werkstoffeigenschaften möglich wird.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der detaillierteren nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele an Hand der jeweiligen Figuren.
Es zeigen:
1 eine schematische Teil-Draufsicht auf eine erfindungsgemäße metallische Flachdichtung,
2 eine teilweise Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung und
3 und 4 teilweise perspektivische Schnittansichten weiterer erfindungsgemäßer metallischer Flachdichtungen.
Die in 1 in Teil-Draufsicht dargestellte Zylinderkopfdichtung 1 weist beispielsweise eine Dichtungsplatte 6 aus einem metallischen Werkstoff auf der im Einbauzustand und unter Betriebsbedingungen druckfest und nicht dickenverformbar ist, beispielsweise Aluminium. Sie kann, wie es beispielsweise in der EP 0 485 693 A1 beschrieben ist, aus der Zeichenebene heraustretende topographische Oberflächen aufweisen. Mit 2 ist eine Brennraumdurchtrittsöffnung bezeichnet und mit 3 Bereiche, welche eine nichttragende Funktion aufweisen. Innerhalb dieser Bereiche befinden sich beispielsweise Offnungen 5 für Wasser- bzw. Ölableitungen und dergleichen. Mit 4 sind weitere Öffnungen zum Durchlass für Schraubverbindungen dargestellt.
Erfindungsgemäß können nun insbesondere die Bereiche um die Öffnungen 5 derart ausgebildet sein, dass sie zweiseitige Aussparungen, welche z. B, durch Prägung erzielbar sind, aufweisen. Die dadurch gebildeten Dichtungskörper können dann je nach eingeprägter Querschnittsform unterschiedliche Verformungseigenschaften bzw. Dichtungseigenschaften haben.
Wie in den nachfolgend mit Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschriebenen Beispielen dargestellt, können durch zweiseitige Prägung zwischen den eingeprägten Verdrängungsräumen innere Querschnittsflächen geschaffen werden, die entsprechend ihren Wanddicken unterschiedlichen Verformungskräften standhalten. Die Formen lassen sich dabei so gestalten, dass die Dickenverformung der Dichtung durch Stauchung oder durch Biegung entsteht.
Je nach abzudichtendem Bauteil und dessen Werkstoff ist die mögliche Dichtpressung zu begrenzen, um ein Eindringen der Dichtung in die Gegenfläche zu verhindern. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die tragenden Flächen entsprechend groß oder die inneren Querschnitte entsprechend dünn ausgebildet werden. Mit beiden Maßnahmen zusammen wird die Pressung festgelegt, bei der die Dickenverformung beginnt.
In 2 ist ein Teil-Querschnitt, z. B. innerhalb des Bereichs um eine der Öffnungen 5, einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung dargestellt. Die beiden einander gegenüberliegenden Oberflächen der metallischen Flachdichtung sind dabei mit 12 und 13 bezeichnet. Die Schnittfläche ist mit 10 bezeichnet und die in die Oberflächen 12, 13 eingebrachten Prägungen mit 11.
Hier sind die Aussparungen beziehungsweise die durch die Prägung entstandenen Hohlräume 11 gegenüberliegend angeordnet. Durch diese Anordnung entstehen zwischen den Aussparungen 11 kompakte Tragelemente 16. Die Fließgrenze einer derartigen Anordnung liegt aufgrund des großen inneren Querschnitts sehr hoch, was vornehmlich zu einer Anwendung als Gasabdichtung oder als Abstützung führt.
Die Dichtung weist unterschiedlich tiefe Aussparungen 11 auf, die z. B. dadurch entstehen, dass man auf einer Seite 13 die tragende Fläche kleiner als auf der anderen Seite 12 macht. Auf diese Weise können z. B. Anpassungen an unterschiedliche Gegenflächen, wie z. B, an Aluminium und an Grauguss, vorgenommen werden. Für eine Zylinderkopfdichtung wird man z. B. bei einem Aluminium-Kopf und einem Grauguss-Block die dem Aluminium-Kopf zugewandten Flächen spezifisch größer machen als die dem härteren Grauguss-Block zugewandten Flächen.
Eine weitere Variante zeigt 4, bei der die tragenden Flächen 12 bzw. 13 unterschiedlich hoch gemacht werden. Mit A, B, C, D ist jeweils die Ebene angegeben in der die einzelnen Teilflächen 12a und 12b bzw. 13c und 13d liegen. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Biegung und ein Verformungsanschlag. Auf diese Weise können kleine Anpresskräfte verwirklicht werden. Ist eine Flachdichtung an einer Stelle derart ausgeprägt, so lassen sich hierdurch vorzugsweise Flüssigkeitsabdichtungen erzielen. Allerdings eignet sie sich auch für eine Kombination von Flüssigkeitsabdichtung und Abstützung.
Bei der in 3 dargestellten Variante ergibt sich ein mehr oder weniger kleiner innerer Querschnitt Q1 bzw. Q2, wodurch die Verformungseigenschaften festgelegt werden können. Die tragenden Flächen können bei dieser Variante ebenfalls gemäß der in 2 bzw. in nachfolgender 4 unterschiedlich stark ausgeprägt sein. Des weiteren können die Aussparungen der einen Seite 12 gegenüber den Aussparungen der anderen Seite 13 so asymmetrisch horizontal versetzt sein, dass zwei gegenüberliegende Wände unterschiedliche Wanddicken Q1 und Q3 aufweisen.
Des weiteren können die Aussparungen 11 wie in den dargestellten 2 bis 4 konzentrisch oder aber auch kreisförmig um die jeweilig abzudichtende Öffnung oder den Stützbereich, je nach Anwendung oder Abdichtungsart, ausgeführt sein.
Vorzugsweise werden die Aussparungen durch Prägung der metallischen Flachdichtung erzielt. Hierbei können die Aussparungen derartig gestaltet. werden, dass die durch die Aussparungen gebildeten Verdrängungsräume der unterschiedlichen Dichtungsbereiche volumenmäßig so aufeinander abgestimmt sind, dass sich beim Prägen eine gleichmäßige Höhe der Dichtung ergibt.
Es kann aber auch gezielt, wie z. B. in 4 gezeigt; eine örtlich unterschiedliche Höhe der Oberfläche verursacht werden. Gegebenenfalls kann diese unterschiedliche Dicke durch einen weiteren Arbeitsgang wieder auf gleiche Höhe gebracht werden. Dies ist z. B. durch spanende Bearbeitung oder einen weiteren Prägevorgang möglich.
Wie bereits erwähnt, können die erfindungsgemäß ausgebildeten Dichtungsbereiche insbesondere bei einer Flachdichtung gemäß der EP 0 485 693 A1 verwendet werden, bei der eine zur Durchbiegung der abzudichtenden Fläche komplementäre dreidimensionale, sprungfreie Dichtfläche bleibend ausgeformt ist. Die erfindungsgemäßen Dichtungsbereiche eignen sich hier insbesondere für die Bereiche in denen Flussigkeiten unter niedrigerem Druck durchgeleitet werden.
Schließlich kann die metallische Flachdichtung einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Für den Fall, dass Mikrodichteigenschaften erforderlich sind, wird die Dichtung dann noch mit Kunststoff oder Lack beschichtet.

Claims

Metallische Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung (1), welche einstückig ausgebildet ist und in beiden Oberflächen (12,13) jeweils mehrere konzentrisch zueinander verlaufende Aussparungen (11) aufweist, die jeweils einen Verdrängungsraum bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (11) so ausgebildet sind dass sich zwischen ihnen Dichtungsteilflächen (12a, 12b, 13c, 13d) ergeben, die auf der einen Oberfläche (12) eine andere Breite wie auf der anderen Oberfläche (13) aufweisen und dadurch auf der einen Oberfläche (12) der Dichtung die tragende Fläche der Dichtung kleiner ist, als auf der anderen Oberfläche (13) oder dass die Aussparungen (11) in der einen Oberfläche gegenüber den Aussparungen (11) in der gegenüberliegenden Oberfläche (12,13) horizontal versetzt angeordnet und so tief sind, dass sich zwischen ihnen Wände ergeben und zwei gegenüberliegende Wände unterschiedliche Wanddicken (Q1, Q3) aufweisen.
Metallische Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (11) kreisförmig um eine zu dichtende Öffnung (4, 5) ausgebildet sind.
Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (11) sich gegenüberliegend in den einander gegenüberliegenden Oberflächen (12, 13) vorgesehen sind.
Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (11) in den gegenüberliegende Oberflächen (12, 13) unterschiedlich stark ausgeprägt sind.
Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Oberfläche (12, 13) der Flachdichtung an der mit den Aussparungen (11) versehenen Stelle örtlich unterschiedlich hoch ist.
Metallische Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die Aussparungen (11) gebildeten Vedrängungsräume eingeprägt werden, wobei sie volumenmäßig eo aufeinander abgestimmt sind, dass sich beim Einprägen eine gleichmäßige Höhe der Dichtung ergibt.
Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Beschichtung aus weicherem Material zur Mikroabdichtung aufweist.