DE4343047A1 - Zylinderkopfdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung und ins­ besondere eine Halterung zum Halten eines Feuerringes in einer Zylinderöffnung einer Zylinderkopfdichtung.

Zylinderkopfdichtungen werden als Abdichtung verwendet zwischen dem Motorblock und dem Zylinderkopf einer Brenn­ kraftmaschine. Solche Zylinderkopfdichtungen erstrecken sich um die Zylinderbohrungen, um eine Abdichtung zu schaf­ fen, welche die hohen Temperaturen der Verbrennungsgase in der Zylinderbohrung aushält. Die Dichtung nimmt ferner die Belastung auf aus der Schraubverbindung des Motorblocks mit dem Zylinderkopf, wodurch eine Abdichtung erzielt wird.

Es ist bekannt, Zylinderkopfdichtungen mit einem Feuerring benachbart zu den Zylinderbohrungen auszurüsten, um den ei­ gentlichen Dichtungskörper gegen zerstörende Einflüsse des Verbrennungsbereiches zu schützen. Gewöhnlich ist ein ring­ förmiger metallischer Flansch vorgesehen, um den Feuerring am Dichtungskörper zu halten. Dieser Flansch allgemein U-för­ mig im Querschnitt mit oberen und unteren Schenkeln, die sich kontinuierlich um eine Zylinderbohrung erstrecken und in Eingriff mit oberen und unteren Flächen des Dichtungs­ körpers stehen. Der Feuerring ist eingeschlossen in einer Rinne oder einer Mulde der Halterung, die durch den U-förmigen Querschnitt gebildet ist.

Bis zu 30% der Spannkraft der Schraubenverbindung für die mechanischen Komponenten wird benutzt, um diese Flansche am Dichtungskörper zu halten. Dieser Teil der Kraft ist daher nicht verfügbar, um eine Leckage an den verschiedenen Dich­ tungen zu verhindern. Eine hohe Kraft ist erforderlich we­ gen der relativ großen Kontaktfläche zwischen den mechani­ schen Komponenten und den Schenkeln des Flansches.

Ferner erfordern solche Flansche eine große Materialmenge, und sie verursachen hohe Werkzeugkosten und Herstellungs­ kosten. Der Feuerring muß manuell in die U-förmige Rinne eingesetzt werden. Dann muß ein Schließwerkzeug verwendet werden, das die Flansch-Schenkel über dem Ring und dem Dichtungskörper formt und verpreßt. Danach muß das ganze flach gedrückt werden, damit der Flansch eine vorgegebene Höhe erhält.

Durch das Einschließen des Feuerringes innerhalb eines Flan­ sches wird der mögliche Querschnittsdurchmesser des Rin­ ges begrenzt durch die Dicke des Dichtungskörpers abzüg­ lich der Dicke von jeden der Flansch-Schenkel. Schließ­ lich ist es schwierig, den Feuerring zu überprüfen. In­ spektionen unter Verwendung elektronischer Anlagen hat­ ten bisher nur begrenzten Erfolg.

Eine Zylinderkopfdichtung nach der Erfindung umfaßt eine Zy­ linderbohrung zur Aufnahme einer Halterung zum Halten eines Feuerringes in seiner Position. Die Halterung für den Feuer­ ring hat eine Mehrzahl von beabstandeten Nasen, die sich radial auswärts von der Halterung erstrecken an Stellen nahe beim oberen und beim unteren Rand. Die Nasen verlaufen radial auswärts und gelangen in mechanischen Eingriff mit entweder einer oberen Fläche oder einer unteren Fläche des Dichtungs­ körpers.

Die Nasen oder Lappen ersetzen die bisherigen Flansche. Weil der Oberflächenkontaktbereich zwischen den Nasen und dem Dich­ tungskörper um 98% oder mehr reduziert ist im Vergleich mit den bisherigen Flanschen, ist praktisch nichts von der ver­ fügbaren Klemmkraft für die Wirkung der Nasen erforderlich. Somit ist eine größere Kraft für die Abdichtung verfügbar.

Eine bessere Abdichtung resultiert auch aus reduzierten Un­ sicherheiten bei der Herstellung. Eine Herstellungstoleranz existiert für jeden der gegenüberliegenden Schenkel des bis­ herigen Flansches. Eine solche doppelte Toleranz entsteht nicht bei der erfindungsgemäßen Verwendung einer in ihre Position gebogenen Nase. Die Werkzeug- und Herstellungskosten für den erfindungsgemäßen Feuerring-Halter sind beträchtlich kleiner als die für die bisherigen Flansche. Das Fehlen eines Flansches erlaubt es, dem Feuerring einen größeren Quer­ schnittsdurchmesser zu geben. Der Durchmesser ist nicht be­ grenzt durch einen Flansch bzw. der entsprechenden Dicken seiner Schenkel. Bei dem erfindungsgemäßen Feuerring-Halter ist ferner eine visuelle Inspektion des eingebauten Feuer­ ringes möglich. Die Feuerring-Halterung ist gegen Korrosion und Wärme relativ geschützt, da sie zwischen dem Feuerring und dem Dichtungskörper angeordnet ist.

In einer Ausführungsform ist der Körper der Halterung geeignet, den Ring zu halten bzw. aufzunehmen. Der Körper der Halterung hat einen Innendurchmesser, der etwas kleiner ist als der Außendurchmesser des Ringes. Ferner ist die Halterung gekrümmt ausgebildet zwischen einem oberen Rand und einem unteren Rand zur Anpassung an eine äußere Oberfläche des Ringes. Infolge dieser Ausbildung bietet die Halterung eine zusätzliche radiale Abstützung für den Feuerring. Die Dicke der Halterung bestimmt das Ausmaß dieser Abstützung.

In einer alternativen Ausführungsform ist der Körper der Hal­ terung schmal mit einer begrenzten Krümmung zwischen dem obe­ ren Rand und dem unteren Rand des Körpers der Halterung. Eine Anzahl beabstandeter Nasen erstreckt sich radial einwärts zum Eingriff mit dem Ring und zum Halten des letzteren in seiner Position.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nach­ folgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil einer Zylinderkopfdichtung zeigt, die mit der Erfindung ausgestattet ist.

Fig. 2 zeigt perspektivisch einen Teil einer Feuerring-Halterung mit dem gehaltenen Feuerring nach einer ersten Ausführungs­ form der Erfindung.

Fig. 3 zeigt vergrößert eine Draufsicht auf einen Teil einer Zylinderkopfdichtung, die mit der Erfindung ausgerüstet ist.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Linie 4-4 von Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt längs der Linie 5-5 von Fig. 3.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt längs der Linie 6-6 von Fig. 3.

Fig. 7 zeigt perspektivisch einen Teil einer zweiten Ausführungsform einer Feuerring- Halterung mit dem gehaltenen Ring.

Fig. 8 zeigt perspektivisch einen Teil einer dritten Ausführungsform einer Feuerring- Halterung mit dem gehaltenen Feuerring.

Die Zylinderkopfdichtung 20 nach Fig. 1 hat einen Dichtungs­ körper 22, Zylinderbohrungen 24, Fluidöffnungen 26 und Schrau­ benlöcher 28. Die Dichtung 20 bildet eine Verbrennungsdichtung um Zylinderbohrungen 24 sowie eine Fluiddichtung um die Fluid­ öffnungen 26. Die Dichtung 20 hat einen Feuerring 30, benach­ bart zu einer Zylinderbohrung 24, der durch eine Feuerring- Halterung 32 an Ort und Stelle gehalten ist. Der Feuerring 30 wirkt als Schirm oder Panzer, um den Rest der Dichtung 20 gegen die Wirkungen von Korrosion, Wärme und mechanische Be­ anspruchung zu schützen.

Der Feuerring 30 und die Halterung 32 sind im Detail in Fig. 2 dargestellt. Die Halterung 32 hat einen ringförmigen Körper 34 mit einer Mehrzahl von beabstandeten oberen Nasen oder Lappen 36 und unteren Lappen 38. Die oberen Nasen 36 erstrecken sich vom Körper 34 radial weg von einem oberen Abschnitt 40, be­ nachbart zu einem oberen Rand 44, während die unteren Nasen 38 sich vom Körper 34 radial weg von einem unteren Abschnitt 42 erstrecken, benachbart zu einem unteren Rand 46. Eine radial innere Oberfläche 48 des ringförmigen Körpers 34 ist leicht gekrümmt zwischen dem oberen Rand 44 und dem unteren Rand 46 zur Anpassung an eine äußere Oberfläche 50 des Feuerringes 30, wodurch der Feuerring in der Halterung 32 gehalten wird. Eine innere Oberfläche 48 hat unterschiedliche Innendurch­ messer, derart, daß sie etwas kleiner sind als die entsprechen­ den Außendurchmesser einer äußeren Umfangsfläche 54 des Feuer­ ringes 30, um die Halterung des Feuerringes 30 zu erleichtern.

Fig. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Feuerring 30, der Halterung 32 und dem Dichtungskörper 22 im Detail. Die oberen Nasen 36 und die unteren Nasen 38 erstrecken sich radial aus­ wärts von dem ringförmigen Körper 34 für einen mechanischen Eingriff mit dem Dichtungskörper 22. Vier obere Nasen 36 und vier untere Nasen 38 werden bei der Halterung 32 verwendet.

Während insgesamt in Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandete Nasen dargestellt sind, wobei die Nasen 36 und 38 um die Hal­ terung 32 abwechseln, soll festgehalten werden, daß die Größe, die Gestalt, die Anzahl und die Lage der Nasen variiert werden kann, entsprechend den Anforderungen durch die jeweilige be­ sondere Zylinderkopfdichtung.

Wie Fig. 4 zeigt, stehen die oberen Nasen 36 mechanisch in Eingriff mit einer oberen Oberfläche 56 des Dichtungskörpers 22. In gleicher Weise, wie Fig. 5 zeigt, stehen die unteren Nasen 38 mechanisch in Eingriff mit einer unteren Oberfläche 58 des Dichtungskörpers 22.

Der Oberflächenkontaktbereich zwischen den Nasen 36 und 38 sowie dem Dichtungskörper 22 wird um etwa 98% und mehr re­ duziert im Vergleich zu den bisher verwendeten Flanschen. Da­ mit ist praktisch nichts von der verfügbaren Klemmkraft er­ forderlich für die Wirkung der Nasen und eine wesentlich größere Kraft steht für die Abdichtung zur Verfügung.

Eine bessere Abdichtung ergibt sich auch durch reduzierte Herstellungs-Ungewißheit. Bei jedem der gegenüberliegenden Schenkel des bisherigen Flansches entsteht eine Herstellungs­ toleranz. Eine solche doppelte Toleranz liegt nicht vor bei der erfindungsgemäßen Verwendung der in ihre Position ge­ bogenen Nasen. Ein typischer Feuerring-Durchmesser hat eine Toleranz von etwa ± 0,025 mm. Bei den bisher verwendeten Flan­ schen mit einer Dicke von etwa 0,24 mm, hat jeder Schenkel eine Toleranz von etwa ± 0,023 mm. Durch Eliminierung von wenigstens einem Schenkel und durch Ersetzen des zweiten Schenkels durch beabstandete Nasen reduzieren sich die Her­ stellungstoleranzen von etwa 0,096 mm auf etwa 0,051 mm, das heißt, es ergibt sich eine Reduzierung in der Größen­ ordnung von 47%.

Ferner ist der Durchmesser des Feuerringes 30 nicht durch ei­ nen Flansch begrenzt einschließlich der entsprechenden Dicke seiner Schenkel. Der Dichtungskörper 22 erhält hierdurch einen erhöhten Schutz.

Die Halterung 32 erleichtert die visuelle Inspektion des ein­ gebauten Feuerringes 30. Ferner ist die Halterung 32 besser gegen Korrosion und Wärme geschützt, da sie zwischen dem Feuerring 30 und dem Dichtungskörper 22 liegt.

Wie Fig. 6 zeigt, ermöglicht die Halterung 32 eine zusätz­ liche radiale Abstützung für den Feuerring 30 wegen der Lage des ringförmigen Körpers 34, relativ zum Feuerring 30. Die Dicke des ringförmigen Körpers 34 bestimmt die Größe dieser Abstützung, und diese Dicke kann nach Bedarf variiert werden. Das Material der Halterung 32 kann im wesentlichen daßelbe sein wie die bisherigen Halterungen mit Flanschen. Die Dicke kann im Bereich von etwa 0,13 mm bis etwa 1,2 mm liegen.

Eine alternative Ausführungsform einer Feuerring-Halterung 60 ist in Fig. 7 dargestellt. Die Halterung 60 hat einen schmalen, ringförmigen Körper 62 mit begrenzter Krümmung zwischen einem oberen Rand 64 und einem unteren Rand 66. Der schmale, ringförmige Körper umfaßt einen geringeren Anteil der Umfangsfläche des Feuerringes 30. Obere Nasen 68 und un­ tere Nasen 70 erstrecken sich radial auswärts vom Körper 22 und treten in mechanischen Eingriff mit dem Dichtungskörper 22, wie oben erläutert wurde. Ergänzend zu der Halterung des Feuerringes 30 durch die innere Oberfläche 72 des Körpers 62 sind obere Nasen 74 und untere Nasen 76 vorgesehen, die sich radial einwärts erstrecken und in Reibungseingriff mit der Außenfläche 50 des Ringes 30 treten. Während die Anzahl, die Gestalt und die Größe dieser Nasen nach den Erfordernissen gewählt werden kann, wird vorgezogen, daß wenigstens vier obe­ re Nasen und vier untere Nasen verwendet werden, wobei die Hälfte der Nasen sich radial einwärts zur Halterung des Ringes 30 und die andere Hälfte radial auswärts erstreckt zur Halterung des Dichtungskörpers 22.

Eine Feuerring-Halterung 80 mit sehr schmalem, ringförmigem Körper 82 ist in Fig. 8 dargestellt. Hier ist der gekrümmte Teil zwischen einem oberen Rand 84 und einem unteren Rand 86 zur Halterung des Ringes 30 noch kleiner als bei der Aus­ führungsform nach Fig. 7. Jedoch, wie bei der Ausführungs­ form nach Fig. 7, erstrecken sich obere Nasen 88 und untere Nasen 89 radial auswärts vom Körper 82, während obere Nasen 90 und untere Nasen 91 sich radial einwärts erstrecken. Bei dieser Ausführungsform erstrecken sich die Nasen 88, 89, 90 und 91 von den oberen und unteren Rändern 84 und 86 aus. We­ gen der begrenzten Halterung durch den Körper 82 wird ferner vorgezogen, daß eine größere Anzahl (oder Nasen mit größerem Gesamt-Oberflächenbereich) von radial einwärts verlaufenden Nasen verwendet wird zur Halterung des Feuerringes 30 in seiner Position.

Es wurden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrie­ ben. Modifikationen sind jedoch möglich. Beispielsweise kann der Feuerring mit der Halterung durch eine Schweißnaht ver­ bunden werden, so daß alle Nasen am Dichtungskörper verwendet werden können.

Claims (11)

1. Zylinderkopfdichtung mit einem Dichtungskörper mit wenigstens einer Zylinderbohrung, die eine allgemein ringförmige Begrenzung hat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feuerring-Halterung in dieser ringförmigen Begrenzung angeordnet ist, daß die Halterung einen ringförmigen Körper hat mit einer radial inneren Oberfläche, die zwischen einem oberen Rand der Hal­ terung und einem unteren Rand der Halterung liegt, ferner mit einer Mehrzahl von beabstandeten Nasen, die sich radial weg von dem Körper erstrecken, wobei sich wenigstens eine der Nasen radial auswärts vom oberen Teil aus erstreckt für einen mechanischen Eingriff mit einer oberen Oberfläche des Dichtungs­ körpers, und wobei sich wenigstens eine der Nasen radial auswärts vom unteren Teil aus erstreckt für einen mechanischen Eingriff mit einer unteren Ober­ fläche des Dichtungskörpers, ferner durch einen Feuerring, der eine äußere Umfangsfläche hat, wobei ein radial äußerer Abschnitt dieser Umfangsfläche des Feuerringes im Körper der Feuerring-Halterung aufgenommen ist, um den Feuerring in der Halterung zu halten, und daß ein radial innerer Abschnitt die­ ser Umfangsfläche des Feuerringes keinen Kontakt mit dem Dichtungskörper und der Feuerring-Halterung hat.

2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Feuerring einen allgemein kreisför­ migen Querschnitt hat, und daß ein Innendurchmesser des ringförmigen Körpers der Feuerring-Halterung etwas kleiner ist als ein Außendurchmesser der äußeren Um­ fangsfläche des Feuerringes.

3. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Feuerring einen allgemein kreis­ förmigen Querschnitt hat, und daß die radial innere Oberfläche des ringförmigen Körpers der Feuerring- Halterung zwischen dem oberen Rand und dem unteren Rand gekrümmt ist zur Anpassung an die Umfangsfläche des Feuerringes.

4. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens vier Nasen am ringförmigen Körper der Feuerring-Halterung ausgebildet sind, die sich weg von einem oberen Abschnitt erstrecken, der an den oberen Rand angrenzt und die abwechseln mit anderen dieser Nasen, die am ringförmigen Körper der Feuerring-Halterung ausgebildet sind und sich von einem unteren Abschnitt aus, der an den unteren Rand angrenzt, erstrecken.

5. Zylinderkopfdichtung mit einem Dichtungskörper, der wenigstens eine Zylinderbohrungsöffnung hat, die eine allgemein ringförmige Begrenzung hat, gekennzeichnet durch eine Feuerring-Halterung, die in dieser Begren­ zung angeordnet ist, und die einen ringförmigen Körper hat mit einem oberen Abschnitt angrenzend an einen oberen Rand und einem unteren Abschnitt angrenzend an einen unteren Rand, ferner mit einer Mehrzahl von be­ abstandeten Nasen, die sich radial weg von dem Körper aus erstrecken, wobei wenigstens eine der Nasen sich radial auswärts vom oberen Abschnitt aus erstreckt für einen mechanischen Eingriff mit einer oberen Oberfläche des Dichtungskörpers, wobei ferner wenigstens eine der Nasen sich radial auswärts vom unteren Abschnitt aus erstreckt für einen mechanischen Eingriff mit einer unteren Oberfläche des Dichtungskörpers, ferner durch einen Feuerring, der radial einwärts von der Halterung angeordnet ist, wobei die Feuerring-Hal­ terung eine Halteeinrichtung zum Halten des Feuer­ ringes hat, und diese Halteeinrichtung wenigstens eine dieser Nasen umfaßt, die sich radial einwärts vom ringförmigen Körper der Halterung aus erstreckt zum Eingriff mit dem Feuerring.

6. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine weitere Nase sich radial einwärts vom oberen Rand oder vom unteren Rand des Körpers aus erstreckt.

7. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens vier dieser Nasen sich weg vom oberen Abschnitt oder vom unteren Abschnitt aus erstrecken, daß wenigstens zwei dieser Nasen sich radial auswärts von dem ringförmigen Körper aus er­ strecken für einen mechanischen Eingriff mit dem Dichtungskörper, und daß zwei weitere dieser Nasen sich radial einwärts erstrecken von dem ringförmigen Körper aus, um den Feuerring zu halten.

8. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halterung eine axiale Dicke zwischen etwa 0,13 mm und etwa 1,2 mm hat.

9. Halterung zum Halten eines Feuerringes in einer Zy­ linderkopfdichtung, gekennzeichnet durch einen ring­ förmigen Körper mit einem oberen Abschnitt, der an einem oberen Rand endigt und einem unteren Abschnitt, der an einem unteren Rand endigt, mit Halteeinrichtungen zum Halten des Feuerringes, wobei die Halteeinrichtungen eine innere Ober­ fläche des ringförmigen Körpers umfassen, die zwischen dem oberen Rand und dem unteren Rand gebogen ist zur Anpassung an eine äußere Ober­ fläche des Feuerringes sowie eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Nasen, die sich von dem ringförmigen Körper aus weg er­ strecken für einen Reibungseingriff mit einer Außenfläche des Feuerringes, ferner mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten oberen Nasen, die sich von dem oberen Abschnitt aus weg erstrecken für einen mechanischen Ein­ griff mit einer oberen Fläche eines Dichtungs­ körpers und einer Mehrzahl von unteren Nasen, die sich von dem unteren Abschnitt aus weg erstrecken für einen mechanischen Eingriff mit einer unteren Fläche des Dichtungskörpers.

10. Halterung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Nasen sich vom oberen Rand des ringförmigen Körpers aus weg erstrecken, und daß die unteren Nasen sich vom unteren Rand des ring­ förmigen Körpers aus weg erstrecken.

11. Halterung zum Halten eines Feuerringes in einer Zylinderkopfdichtung, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Körper mit einer radial inneren Ober­ fläche, die angeordnet ist zwischen einem oberen Abschnitt, der angrenzend an einen oberen Rand en­ digt und zwischen einem unteren Abschnitt, der an­ grenzend an einen unteren Rand endigt, daß ferner diese radial innere Oberfläche des ringförmigen Körpers angepaßt ist an einen radial äußeren Ab­ schnitt einer äußeren Umfangsfläche des Feuer­ ringes, der in der Halterung gehalten ist, derart, daß ein radial innerer Teil der Umfangsfläche des Feuerringes keinen Kontakt mit der Halterung hat, ferner durch eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten oberen Nasen, die sich von dem obe­ ren Abschnitt weg erstrecken für einen mechanischen Eingriff mit einer oberen Fläche eines Dichtungs­ körpers sowie einer Mehrzahl von unteren Nasen, die sich von dem unteren Abschnitt aus weg erstrecken für einen mechanischen Eingriff mit einer unteren Fläche des Dichtungskörpers.