DE69527237T2

DE69527237T2 - Flachdichtung aus Metall-Elastomer-Verbrudwerkstoff

Info

Publication number: DE69527237T2
Application number: DE69527237T
Authority: DE
Inventors: Tanguy Tronel
Original assignee: Curty Payen SA
Current assignee: Solyem SAS
Priority date: 1994-09-13
Filing date: 1995-09-06
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2015-09-07
Also published as: FR2724439A1; FR2724439B1; DE69527237D1; ATE220182T1; US5681048A; EP0702174B1; EP0702174A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung aus Metall-Elastomer-Verbundwerkstoff, insbesondere eine Zylinderkopfdichtung, wie in der Präambel des Anspruchs 1 beschrieben.
Eine solche Dichtung wird bei einem Motor benutzt, um die Dichtigkeit zwischen dem Motorblock und dem Zylinderkopf zu erreichen, und zwar sowohl im Bereich jeder Verbrennungskammer wie auch im Bereich der Passagen von Öl und Wasser nahe bei diesen Kammern. Die Zylinderkopfdichtung eines Motors umfasst also verschiedene Öffnungen, für die Verbrennungskammern, für die Passagen von Öl und Wasser und für die Befestigungsschrauben.
Es gibt mehrere Typen Zylinderkopfdichtungen. Die am meisten verbreiteten Typen sind die Faserdichtungen und die Metalldichtungen. Die Faserdichtungen umfassen einen Metallkern und eine Ausrüstung auf der Grundlage von Faserwerkstoffen wie etwa Asbest. Im Hinblick auf die Entwicklung der Gesetzgebung in den meisten Ländern, wird der Einsatz von Asbest mehr und mehr reglementiert und dieser Dichtungstyp verschwindet.
Unter den Metalldichtungen unterscheidet man die Mehrlagendichtungen und die Dichtungen aus Metall-Elastomer-Verbundwerkstoff. Die ersteren bestehen im allgemeinen aus einer zentralen Platte, die die Dicke der Dichtung bestimmt, und zwei gerillten Platten, die zu beiden Seiten der zentralen Platte angeordnet sind, um die Dichtigkeit sowohl im Bereich der Verbrennungskammern (hitzefeste Ringe) als auch im Bereich der Passagen von Flüssigkeiten - Wasser und Öl - zu erreichen. Die zwei gerillten Platten haben den Zweck, mit dem Motorblock und dem Zylinderkopf in Kontakt zu sein. Die Rillen, die sie aufweisen, sind elastisch, um einen lokalen und fortschreitenden Überdruck auf die Dichtungsfläche erzeugen zu können und folglich eine gute Dichtigkeit zu ermöglichen. Allerdings sind diese Rillen nicht fähig, die Rauhigkeiten des Motorblocks und des Zylinderkopfes im Bereich der Dichtungsfläche auszugleichen. Um diese Mikro-Dichtigkeit zu erreichen, überzieht eine dünne Elastomer- Schicht (etwa 25 um) die gerillten Platten und vervollständigt so die Dichtigkeit der Dichtung.
Diese Mehrlagendichtungen aus Metall erfordern einen Motorblock und einen Zylinderkopf, die im Bereich der Dichtungsfläche einen guten Oberflächenzustand aufweisen, denn die dünne Elastomer-Schicht kann nur schwache Rauhigkeiten ausgleichen. Außerdem erfordert die Herstellung dieser Dichtungen Techniken, die noch nicht erprobt sind, und ihre Herstellungskosten sind noch hoch.
Die Dichtungen aus Metall-Elastomer-Verbundwerkstoff bestehen ihrerseits aus einer zentralen Metallplatte, aus hitzefesten gerillten Metallringen, aus Elastomer-Wulsten, die auf der zentralen Platte im Bereich der Passagen von Flüssigkeit - Öl, Wasser - geformt sind, sowie aus Anschlägen mit Funktion beim Zusammenpressen. Bei solchen Dichtungen sind die Andruckstellen an den Stellen lokalisiert, wo eine Dichtigkeit notwendig ist: hitzefeste Ringe und Wulst aus Elastomer. Allerdings erfordert eine unterschiedliche Steifigkeit zwischen den hitzefesten Metallringen und den Elastomer- Wulsten das Vorhandensein von Anschlägen mit Funktion beim Zusammenpressen, die die Aufgabe haben, die Kompression des Elastomers und die Verbiegung des Zylinderkopfes zu beschränken.
Diese Zylinderkopfdichtungen aus Metall-Elastomer-Verbundwerkstoff ermöglichen es, eine gute Dichtigkeit gegen Flüssigkeiten und gegen Gase herzustellen. Dank der Flexibilität des Elastomers und des Vorhandenseins der Anschläge wird nur geringe Belastung im Bereich der Elastomer-Wulste übertragen, und im Bereich der hitzefesten Ringe erhält man ein gutes Pressungspotential. All das ermöglicht eine geringere Pressung, da sich diese auf die hitzefesten Ringe konzentriert, sowie eine geringe Relaxation der Struktur.
Die Anschläge sind im allgemeinen gebildet von einem Metallsteg, der um die gesamte Peripherie der zentralen Platte geschweisst oder genietet ist. Dieser Metallsteg wird durch Ausstanzen einer planen Metallplatte erhalten, die annähernd die gleichen Abmessungen hat wie die zentrale Platte. Die Metallabfälle sind sehr beträchtlich, da das gesamte Innenstück der ausgestanzten Platte nicht verwendbar ist. Folglich ist der Preis der Dichtung relativ hoch, da drei Blechplatten von der Größe der Dichtung für die Herstellung einer einzigen Dichtung notwendig sind.
Die bekannten Zylinderkopfdichtungen aus Metall-Elastomer-Verbundwerkstoff machen manchmal Probleme bezüglich des Verhaltens des Elastomer-Wulstes auf dem Dichtungskern. Es kommt also vor, dass dieser Wulst abgerissen wird, wobei folglich jede Dichtigkeit entfällt.
Im übrigen sind die Zylinderkopfdichtungen, die der in der Präambel der Anspruchs 1 gegebenen Definition entsprechen, aus dem Dokument EP-A-0603318 oder US-A- 4852893 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zylinderkopfdichtung aus Metall-Elastomer- Verbundwerkstoff zu liefern, die es ermöglicht, eine gute Dichtigkeit, ein gutes Wiederhol-Verhalten und ein gutes Verhalten der Dichtung sowie eine gute Mikrodichtigkeit zu erzielen, und zwar mit Anschlägen, die zu geringeren Kosten zu realisieren sind. Da die Anschläge die Aufgabe haben, die Kompression der Elastomer-Wulste der Dichtung zu beschränken, müssen sie so starr wie möglich sein (keinerlei Elastizität).
Zu diesem Zweck umfasst die in der Erfindung vorgeschlagene Dichtung aus Metall- Elastomer-Verbundwerkstoff, insbesondere als Flachdichtung, in bekannter Weise:
- einen Dichtungskern, der mindestens eine Öffnung aufweist, die den Durchlauf einer Flüssigkeit ermöglicht, und der von mindestens einer Platte gebildet ist.
Die Erfindung betrifft demnach eine Dichtung, wie sie in der Präambel des Anspruchs 1 beschrieben ist und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Anschläge starr sind und durch Vorsprünge, durchlocht oder nicht, gebildet sind, die im Metallkern geformt sind, wobei diese Vorsprünge senkrecht zur Dichtungsfläche mit einer Höhe hervorstehen, die niedriger ist als die des Wulstes, in dessen Nähe sie gebildet sind, und wobei sie in einer Schicht von Füllmaterial versenkt liegen, die mit dem Dichtungswulst verbunden ist.
Auf diese Weise wirkt der Dichtungskern mit der Schicht von Füllmaterial zusammen, um die Anschlagfunktion zu gewährleisten, die es ermöglicht, die Kompression des Elastomers zu begrenzen sowie eine Verbiegung des Zylinderkopfes zu verhindern. Außerdem ermöglicht die Tatsache, dass ein Füllmaterial einen Vorsprung überzieht, ein ausgezeichnetes Verhalten dieses Werkstoffs auf dem Dichtungskern, denn dieser Vorsprung bildet einen Verankerungspunkt, und da der Elastomerwulst mit dem Füllmaterial verbunden ist, erhält man ein besseres Verhalten des Wulstes auf dem Kern im Vergleich zu einem Wulst, der nach dem früheren Stand der Technik auf einer glatten Fläche gebildet ist. Schließlich ist diese Konfiguration leicht herzustellen. Tatsächlich sind nur wenige Arbeitsschritte notwendig, um zugleich die Anschläge und den Dichtungswulst zu formen: zuerst wird der Dichtungskern in einem Arbeitsgang geprägt, dann werden der Elastomerwulst und die Füllschicht aufgebracht.
Um die Füllschicht und den Elastomerwulst ganz eng zu verbinden, werden diese vorteilhafterweise aus ein- und demselben Werkstoff hergestellt. Auf diese Weise ist es möglich, nur einen einzigen Formungsvorgang zu haben.
Um allerdings eine ausgezeichnete Dichtigkeit zu garantieren und auch zum Beispiel eine gute Wärmeisolierung zu erhalten, können der Elastomerwulst und die Füllschicht aus zwei unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden, wobei der eine als Füllmaterial für die Anschläge dient, der andere den Dichtungswulst bildet. Dann kann das Füllmaterial als thermischer Isolierstoff dienen, womit gleichfalls noch der Grad der Steifigkeit der Vorsprünge erhöht werden kann, und der Wulst sichert die Dichtigkeit. Die Tatsache, dass zwei unterschiedliche Werkstoffe vorhanden sind, erlaubt die Optimierung der Struktur und die beste Erfüllung jeder Funktion.
Der Kern der Dichtung kann aus einer oder aus zwei Platten bestehen. Im ersten Fall ragen die starren Anschläge vorteilhafterweise auf den beiden Seiten dieser Platte heraus, im zweiten Fall weist jede Platte starre Vorsprünge nur auf der Seite auf, die von der anderen Platte abgewandt ist. Die zwei Platten sind sicher aufeinander geschichtet. Es ist vorstellbar, mehr als zwei Platten aufeinander zu schichten, wobei in diesem Fall nur die äußeren Platten auf ihrer Außenseite starre Anschläge aufweisen würden, aber dies würde die Kosten der Dichtung erhöhen, ohne eine Verbesserung zu bringen.
Die starren Anschläge sind vorzugsweise durchlochte Vorsprünge. In diesem Fall haben die Anschläge die Form eines kreisförmigen Kamins, dessen Wand im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Dichtungskerns steht. Diese Form ermöglicht die Herstellung von Anschlägen, die überhaupt keine Elastizität mehr aufweisen.
Die starren Anschläge werden vorteilhafterweise durch Perforierung des Dichtungskerns hergestellt.
Die Erfindung wird jedenfalls gut verstanden werden mit Hilfe der folgenden Beschreibung mit Bezug auf den beigefügten schematischen Zeichnungssatz, der beispielhaft, aber nicht erschöpfend einige Ausführungsbeispiele einer Dichtung aus Metall-Elastomer-Verbundwerkstoff entsprechend der Erfindung darstellt:
Fig. 1 ist eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung;
Fig. 2 ist eine Perspektivansicht eines Teils der Dichtung der Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 1;
Fig. 4 ist eine Ansicht analog zur Ansicht der Fig. 3 für ein anderes Ausführungsbeispiel.
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Dichtung ist eine Zylinderkopfdichtung entsprechend der Erfindung. Sie umfasst einen Metallkern 2 aus Stahl, im allgemeinen in rechteckiger Form, der zwei zentrale Öffnungen 3 besitzt, die mit den Verbrennungskammern übereinstimmen. Um diese zentralen Öffnungen 3 herum umfasst die Dichtung auch eine gewisse Anzahl von Öffnungen, von denen die Öffnungen 4 für das Hindurchführen von Schrauben zum Zentrieren und/oder Festziehen bestimmt sind, und von denen die Öffnungen 5 für den Durchlauf von Flüssigkeit zur Kühlung des Motors bestimmt sind, und von denen die Öffnungen 6 für den Durchlauf von Schmierflüssigkeit bestimmt sind.
Die Dichtigkeit im Bereich der zentralen Öffnungen 3 wird in insoweit bekannter Weise durch hitzefeste Ringe erreicht, die aus metallischen Ringscheiben 10 bestehen, die auf den Rand dieser Öffnungen aufgepresst sind.
Die Dichtigkeit im Bereich der Öffnungen S. 6 für den Durchlauf von Kühlflüssigkeit beziehungsweise von Schmierflüssigkeit wird mit Hilfe von geformten Wulsten 7 aus Elastomer erreicht.
Bei dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Kern 2 der Dichtung aus einer einzigen Platte 2, die aus einem Stahlblech hergestellt wurde. Außer den vorstehend beschriebenen Öffnungen 3, 4, 5, 6 umfasst die Platte 2 starre Anschläge in der Form eines kreisförmigen zylindrischen Kamins, dessen Wand im wesentlichen senkrecht zur Ebene der Dichtung steht. Diese Anschläge 8 ragen abwechselnd aus jeder Seite der Platte 2 heraus. Sie können zum Beispiel durch Prägen oder durch Perforierung erhalten werden.
Die Höhe dieser Anschläge 8 wird in Abhängigkeit von der Kompression bestimmt, die bei den Elastomerwulsten 7 notwendig ist, um eine gute Dichtigkeit zu gewährleisten. In den Fig. 1 bis 3 sind diese Anschläge 8 in einer Schicht aus Elastomermaterial 9 versenkt, die eng mit den Wulsten 7 verbunden ist und diese miteinander verbindet. In diesem Fall sind die Anschläge 8 möglichst nahe bei den Wulsten 7 angeordnet, die die Dichtigkeit sichern. Die Wulste 7 sind höher als die Schicht 9 und die Höhe der Anschläge 8 entspricht im wesentlichen der Höhe der Schicht 9.
Die Elastomerschicht, die dazu dient, den Raum zwischen den Anschlägen 8 auszufüllen, ist aus dem gleichen Werkstoff wie der Wulst 7 hergestellt, aber sie erfüllt keinerlei Funktion hinsichtlich der Abdichtung. Sobald dieses Elastomer eingebracht ist, wird es starr und trägt dazu bei, die Starrheit der Anschläge 8 zu erhöhen. Andererseits werden das als Füllmaterial dienende Elastomer der Schicht 9 und das als Dichtungswulst dienende Elastomer in einem einzigen Arbeitsgang geformt und bilden folglich ein eng verbundenes Ensemble. Das Verhalten dieses Elastomerblocks auf der Platte 2 ist dank der Anschläge 8 ausgezeichnet.
Die Fig. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung. Diese Ausführung zeigt gut, dass ein Teil des Elastomers zur Herstellung der Dichtigkeit beiträgt, während der andere Teil als Füllmaterial dient, das zur Erhöhung der Starrheit der Anschläge 8 beiträgt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel findet man wieder eine Platte 2, Anschläge 8 in Kaminform, zwei Elastomerwulste 7 und zwei Füllschichten 9. Zwischen den Füllschichten 9 und den Dichtungswulsten 7 sind Rillen 11. Wenn die Elastomerwulste 7 zusammengepresst werden, ermöglichen diese Rillen 11 eine bessere Verformung des Wulstes 7 und fördern somit eine bessere Dichtigkeit.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es absolut denkbar, zwei unterschiedliche Werkstoffe zu wählen, um die Wulste 7 und die Schichten 9 zu bilden. Die Schichten 9 könnten dann aus einem plastischen Material gemacht werden.
Die Anschläge 8 der zwei beschriebenen Zylinderkopfdichtungen ermöglichen es, eine perfekte Abdichtung gegen Flüssigkeiten (Wiederhol-Verhalten und Mikrodichtigkeit) zu realisieren, indem sie eine Begrenzung der Kompression des Wulstes 7 sichern, wobei nur eine einzige Metallplatte 2 verwendet wird. Sie selbst gewährleisten nicht die Dichtungsfunktion, ermöglichen aber dem Wulst 7, diese Funktion perfekt zu erfüllen, wobei sie gleichzeitig aufgrund ihrer Verteilung auf dem Dichtungskern eine Verbiegung des Zylinderkopfes (nicht dargestellt) verhindern. Schließlich sind diese Anschläge 8 so starr wie möglich, insbesondere dank des Vorhandenseins von eingebrachtem Füllstoff, und sie haben quasi keinerlei Elastizität.
Das von den Dichtungswulsten, der Füllschicht und den Anschlägen des Dichtungskerns gebildete Ensemble ist kompakt und homogen, und mit ihm können alle Probleme der Ablösung des Wulstes vermieden werden, wie sie bei den klassischen Formungsarbeiten nach dem früheren Stand der Technik auftreten.
Die in dem Füllmaterial versenkten Anschläge schützen die Dichtungswulste. Sie bieten auch isolierende Eigenschaften hinsichtlich der Wärmeleitung, im Gegensatz zu den in der Präambel beschriebenen metallischen Anschlägen mit Funktion beim Zusammenpressen nach dem früheren Stand der Technik, und bieten ebenso Eigenschaften, die mechanische Schwingungen dämpfen.
Wenn die Werkstoffe, aus denen die Füllung der Anschläge und die Dichtungswulste bestehen, identisch sind, kann in einem Arbeitsgang die Herstellung der Füllung der Anschläge und die Formung der Dichtungswulste durchgeführt werden.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in der Zeichnung dargestellten und vorstehend beispielhaft, nicht erschöpfend, beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt; sie umfasst im Gegenteil alle Varianten hiervon.
So könnten beispielsweise die starren Anschläge durch einen einfachen Vorsprung, nicht gelocht, gebildet sein. Andere Formen von Vorsprüngen sind selbstverständlich denkbar, wie zum Beispiel eine längliche Form.
Anstatt nur eine einzige Platte zu umfassen, könnte der Kern der Dichtung zwei Platten umfassen, die aufeinander gelegt sind. Jede dieser Platten würde dann Anschläge umfassen, die aus jener Fläche herausragen, die von der anderen Platte abgewandt ist.
Schließlich können, unabhängig von der Form der Anschläge, einige von ihnen nicht in einer Füllschicht versenkt sein. Es ist möglich, auf ein und derselben Dichtung starre, in einer Füllschicht versenkte Anschläge zu haben und andere, nicht versenkte, die neben einem Elastomerwulst oder auch an der Peripherie des Kerns der Dichtung angeordnet sind.

Claims

1. Flachdichtung aus Metall-Elastomer-Verbundwerkstoff, insbesondere eine Zylinderkopfdichtung, umfassend:

- einen Kern (2), der aus mindestens einer Metallplatte mit Öffnungen (3, 5, 6) für das Hindurchführen von Mitteln zum Befestigen und zum Zusammenpressen sowie für den Durchlauf von Flüssigkeiten, einschließlich heisser Gase, und außerdem von Kühl- oder Schmierflüssigkeiten besteht,

- um jede Öffnung (3) für den Durchlauf heisser Gase einen Metallring (10), der am Rand der Öffnung befestigt oder gefalzt ist,

- mindestens einen Wulst (7) aus Elastomer, der aus jeder Seite herausragt und die Öffnungen für Flüssigkeiten (3, 5, 6) von den Öffnungen für die Mittel zum Befestigen und zum Zusammenpressen trennt, wobei dieser Wulst mittels elastischer Kompression die Abdichtung nach außen der Öffnungen (5, 6) für Flüssigkeiten gewährleistet,

- sowie Anschlagmittel, die die Kompression des Wulstes oder der Wulste (7) beim Zusammenpressen der Flachdichtung begrenzen, zum Beispiel zwischen Motorblock und Zylinderkopf,

dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagmittel starr sind und durch Vorsprünge (8), durchlocht oder nicht, gebildet sind, die im Metallkern (2) geformt sind, wobei diese Vorsprünge senkrecht zur Dichtungsfläche hervorstehen mit einer Höhe, die niedriger ist als die des Wulstes (7), in dessen Nähe sie gebildet sind, und wobei sie in einer Schicht (9) von Füllmaterial versenkt liegen, die mit dem Dichtungswulst (7) verbunden ist.

2. Dichtung aus Metall-Elastomer-Verbundwerksktoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomer-Wulst (7) und die Füllschicht (9) aus einem einzigen und gleichen Material bestehen.

3. Dichtung aus Metall-Elastomer-Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomer-Wulst (7) und die Füllschicht (9) aus zwei verschiedenen Materialien bestehen.

4. Dichtung aus Metall-Elastomer-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungskern (2) aus einer einzigen Platte besteht und dadurch, dass die starren Anschläge (8) zu beiden Seiten dieser Platte herausragen.

5. Dichtung aus Metall-Elastomer-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtungskern (2) aus zwei aufeinanderliegenden Platten besteht, und dadurch, dass jede Platte (2) starre herausragende Anschläge nur auf der Seite aufweist, die von der anderen Platte abgewendet ist.

6. Dichtung aus Metall-Elastomer-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein starrer Anschlag (8) die Form eines kreisförmigen Kamins besitzt, dessen Wand im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Dichtungskerns (2) steht.

7. Dichtung aus Metall-Elastomer-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (8) mit Funktion beim Zusammenpressen durch Perforierung des Dichtungskerns erhalten werden.

8. Flachdichtung aus Metall-Elastomer-Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (8), die starre Anschläge bilden, in den Bereichen des Kerns (2) gebildet sind, die dem Zwischenraum zwischen zwei Dichtungswulsten (7) entsprechen, die parallel zueinander verlaufen, zumindest auf einer Seite dieses Kerns.