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Title:
CYLINDER HEAD GASKET
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2004/063604
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is a cylinder head gasket for an internal combustion engine, comprising at least two superimposed sealing metal sheets (3, 4, 5, 7, 8) which form a common combustion chamber passage opening and at least one of which is provided with a bead that surrounds the combustion chamber passage port. One (4) of the sealing metal sheets projects from the at least one other sealing metal sheet (3, 5, 7, 8) at the outer periphery and supports an encompassing seal (6) at the outer edge thereof. Said seal (6) seals the gap between the cylinder head (1) and the cylinder block (2) in the mounted state of the cylinder head gasket. Preferably, the seal protrudes from the outer surface of the cylinder block in the mounted state of the cylinder head gasket such that water that drips down from the seal does not come in contact with the outer surface of the cylinder block.

Inventors:
UNSELD GUENTHER (DE)
WIDMANN ERWIN (DE)
LUDWIG JOSEF (DE)
WALTENBERG HANS-DIETER (DE)
GRAFL DIETER (DE)
Application Number:
PCT/EP2004/000165
Publication Date:
July 29, 2004
Filing Date:
January 13, 2004
Export Citation:
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Assignee:
REINZ DICHTUNGS GMBH (DE)
UNSELD GUENTHER (DE)
WIDMANN ERWIN (DE)
LUDWIG JOSEF (DE)
WALTENBERG HANS-DIETER (DE)
GRAFL DIETER (DE)
International Classes:
F16J15/08; F16J15/12; (IPC1-7): F16J15/08; F16J15/12
Foreign References:
DE3902966A11989-08-10
EP0867645A11998-09-30
DE19713053A11998-10-01
Attorney, Agent or Firm:
PFENNING, MEINIG & PARTNER GBR (München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Zylinderkopfdichtung für einen Verbrennungsmotor mit mindestens zwei übereinander liegenden, eine gemeinsame BrennraumDurchgangsöffnung bildenden Dichtungsblechen (3,4, 5,7, 8), von denen min destens eines mit einer die Brennraum Durchgangsöffnung umgebenden Sicke versehen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eines der Dichtungsbleche (4) am Außenum fang über das mindestens eine andere Dichtungs blech (3,5, 7,8) vorsteht und am Außenrand ei ne umlaufende Dichtung (6) trägt, die im einge bauten Zustand der Zylinderkopfdichtung den Spalt zwischen Zylinderkopf (1) und Zylinder block (2) abdichtet.
2. Zylinderkopfdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) aus einem elastomeren Werkstoff besteht.
3. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dich tung (6) aus Silikon besteht.
4. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) durch einen Press, Transferoder Spritz gießvorgang oder durch Schablonendruck oder durch Kombination dieser Verfahren aufgebracht ist.
5. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) im eingebauten Zustand der Zylinderkopfdich tung zwischen 5 % und 50 % komprimiert ist.
6. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) im eingebauten Zustand der Zylinderkopfdich tung über die Außenfläche des Zylinderblocks (2) vorsteht.
7. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) im eingebauten Zustand der Zylinderkopfdich tung über die Außenfläche des Zylitderkopfs. (1) vorsteht.
8. Zylinderkopfdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Überstand der Dichtung (6) über die Außen fläche des Zylinderkopfs (1) bzw. blocks (2) etwa 1 bis 8 mm beträgt.
9. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Dichtung (6) im unkomprimierten Zustand im Bereich von 0,5 bis 4,0 mm liegt.
10. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Dichtung (6) in unkomprimiertem Zustand im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm liegt.
11. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dich tung (6) über ihren gesamten Bereich eine weit gehend gleichbleibende Dicke aufweist.
12. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Dichtungsblech (3,4, 5,7, 8) auf seiner Oberund/oder Unterseite mindestens partiell mit einer Gleitschicht versehen ist.
13. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dich tung (6) an ihrer Außenkante eine Tropfvorrich tung (9) aufweist.
14. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dich tung (6) parallel zur Außenkante zumindest teil weise Rillierungen, Stufen oder Wellen aufweist.
15. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dich tung (6) an das Dichtungsblech (4) angespritzt ist.
16. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Dich tungsblech (4j aus Stahl besteht.
17. Zylinderkopfdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Dich tungsblech (4) umlaufend eine Auffanglippe auf weist, die verhindert, dass das Elastomer beim Anspritzen der Dichtung (6) auf Bereiche über tritt, die an der Auffanglippe (10) der Außen kante der Dichtung gegenüberliegen.
Description:
Zylinderkopfdichtung Die Erfindung betrifft eine Zylinderkopfdichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Als Zylinderkopfdichtungen haben sich Metalldichtun- gen durchgesetzt, die aus mehreren Lagen vorzugsweise aus Stahl bestehen, wobei die erforderliche Elastizi- tät dadurch hergestellt wird, dass mindestens eine der Lagen eine die Brennraum-Durchgangsöffnung umge- bende Sicke aufweist.

Bei neueren Verbrennungsmotoren werden zunehmend der Zylinderkopf aus Aluminium und der Zylinderblock aus Magnesium gefertigt. Aluminium und Magnesium sind je- doch in der elektrochemischen Spannungsreihe sehr un- terschiedlich, so dass sie, um Korrosionserscheinun- gen zu vermeiden, elektrisch gegeneinander isoliert werden müssen. Dies gilt in geringerem Maße auch für die Kombination von Aluminium und Stahl bzw. Magnesi-

um und Stahl. Dieses Problem wird dadurch verringert, dass die einzelnen Stahllagen oder Dichtungsbleche einen elektrisch isolierenden Überzug erhalten. Die- ser befindet sich jedoch nur auf der Oberseite und der Unterseite, während die Stirnseiten der durch Stanzen hergestellten Stahllagen diesen Überzug nicht aufweisen. Dies ist besonders kritisch für die äußere Stirnseite, da diese Witterungseinflüssen ungeschützt ausgesetzt ist und auch mit Spritzwasser. bzw. Kon- denswasser in Berührung kommen kann. Daher ist die Gefahr einer elektrischen Verbindung zwischen Alumi- nium und Stahl, zwischen Stahl und. Magnesium sowie über die Stahllagen auch zwischen Aluminium und Mag- nesium und damit einer schnellen Korrosion sehr groß.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zylinderkopfdichtung für einen Verbrennungsmo- tor, mit mindestens zwei übereinander liegenden, eine gemeinsame Brennraum-Durchgangsöffnung bildenden Dichtungsblechen, von denen mindestens eines mit ei- ner die Brennraum-Durchgangsöffnung umgebenden Sicke versehen ist, zu schaffen, mit der das Auftreten von Korrosionserscheinungen insbesondere am Zylinderkopf und am Zylinderblock weitgehend unterbunden werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zylinderkopfdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Zylinderkopfdichtung ergeben sich aus den Unteran- sprüchen.

Dadurch, dass eines der Dichtungsbleche am Außenum- fang über das mindestens eine. andere Dichtungsblech vorsteht und am Außenrand eine umlaufende Dichtung trägt, die im eingebauten Zustand der Zylinderkopf-

dichtung den Spalt zwischen Zylinderkopf und Zylin- derblock abdichtet, wird das Eindringen von Feuchtig- keit in den Spalt zwischen Zylinderkopf und Zylinder- block vollständig verhindert. Weiterhin ist dadurch, dass das eine Dichtungsblech über das mindestens eine andere Dichtungsblech vorsteht, eine durchgehende elektrische Verbindung über die Stirnseiten der ande- ren Dichtungsbleche nicht möglich. Schließlich ist dies auch eine sehr einfache und kostengünstige Lö- sung, da trotz der Anbringung der Dichtung an nur ei- nem Dichtungsblech auch alle anderen Dichtungsbleche vollständig geschützt sind.

Die Dichtung ist vorzugsweise so dimensioniert, dass sie im eingebauten Zustand der Zylinderkopfdichtung an der Stirnfläche des mindestens einen anderen Dich- tungsbleches anliegt. Dadurch wird diese Stirnfläche elektrisch isoliert und auch etwaige in den Spalt zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock eingedrungene Feuchtigkeit wird an einer Ausbreitung gehindert.

Als besonders geeignete Materialien für die Dichtung sind Elastomere, wie z. B. Silikon, FPM (Fluorelasto- mere, insbesondere PFA und MFA), TPE (thermoplasti- sche Elastomere), PU (Polyurethan), ACM (Methylacry- late) sowie PEEK (Polyether-Etherketone) zu nennen, die einerseits die erforderlichen Eigenschaften wie hohe Elastizität, Druckbeständigkeit, Resistenz gegen äußere Einflüsse und dergleichen aufweisen, und ande- rerseits eine problemlose Herstellung der Dichtung beispielsweise im Press-, Transfer-oder Spritzgieß- vorgang oder Schablonendruck oder Kombinationen hier- von ermöglichen.

Vorteilhaft sollte die Dichtung im eingebauten Zu- stand der Zylinderkopfdichtung zwischen 5 % und 50 %

komprimiert sein, wodurch eine ausreichende Dichtheit erhalten wird, ohne dass die Dichtung übermäßig bean- sprucht wird. Dies bedeutet, dass bei einer Dicke der Zylinderkopfdichtung von etwa 0,7 mm die Dicke der Dichtung im unkomprimierten Zustand etwa 0,8 bis 1,2 mm beträgt. Generell ist davon auszugehen, dass die Dicke der unkomprimierten Dichtung abhängig von der Dicke der Zylinderkopfdichtung im Bereich zwischen 0,5 bis 4,0 mm, vorzugsweise 0, 5 bis 2,0 mm liegt.

Weiterhin ist es zweckmäßig, dass die Dichtung im eingebauten Zustand der Zylinderkopfdichtung über die Außenfläche des Zylinderblocks vorsteht, wobei dieser Überstand im Bereich von 1 bis 8 mm liegen sollte.

Hierdurch wird erreicht, dass von der. Dichtung herab- tropfendes Wasser nicht mit der Außenwand des Zylin- derblocks in Berührung kommt. Dies wirkt sich korro- sionsmindernd bei dem aus dem an sich sehr korrosi- onsanfälligen Magnesium bestehenden Zylinderblock aus.

Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Dichtung zusätz- lich eine Abtropfvorrichtung, bevorzugt in Nasenform auf, die den Abtropfvorgang beschleunigt und erleich- tert.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Fi- guren dargestellten Ausführungsbeispielen näher er- läutert. Diese zeigen jeweils eine Ausführungsform einer Dichtung im Querschnitt vor der Befestigung des Zylinderkopfes auf dem Zylinderblock, d. h. in unkomp- rimiertem Zustand.

Die Fign. 1 bis 7 zeigen jeweils angedeutet einen Zy- linderkopf 1, der im Wesentlichen aus Aluminium be- steht, und einen Zylinderblock 2, der im Wesentlichen

aus Magnesium besteht. Zwischen diesen befindet sich eine Zylinderkopfdichtung aus jeweils übereinander liegenden Stahllagen 3, 4, 5,7 und/oder 8. Die Figu- ren zeigen jeweils den äußeren Randbereich des Zylin- derkopfes 1 und Zylinderblocks 2, d. h. den Bereich, in welchem der zwischen ihnen gebildete Spalt von au- ßen zugänglich ist. Die gezeigten Schnittdarstellun- gen zeigen eine sich entlang des gesamten Umfangs des Zylinderkopfes 1 bzw. Zylinderblocks 2 nicht verän- dernde Struktur. Im Innern bilden der Zylinderkopf l und der Zylinderblock 2 einen oder mehrere Brennräume und die Zylinderkopfdichtung enthält entsprechende Brennraum-Durchgangsöffnungen, um durchgehende Brenn- räume zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf zu schaffen. Die Stahllagen 3,4, 5,7 und/oder 8 können in bekannter Weise mit die Brennraum-Durchgangsöf- fnungen vollständig umgebenden Sicken oder Kröpfungen (nicht gezeigt) versehen sein, um eine dauerhafte E- lastizität der Zylinderkopfdichtung in Richtung der im eingebauten Zustand von Zylinderkopf 1 und Zylin- derblock 2 auf sie ausgeübten Druckkräfte sicherzu- stellen.

Mindestens eine der Stahllagen 3,4, 5,7 und 8 sind jeweils auf der Oberseite und der Unterseite mit ei- nem elektrisch isolierenden Überzug wie der : aus der DE 197 13 053 A1 bekannten Gleitschicht versehen. Da die Stahllagen 3, 4, 5, 7 und 8 jedoch durch Stanzen hergestellt werden, ist auf ihren Stirn-bzw. Rand- seiten kein Überzug vorhanden, so dass sie dort elektrisch kontaktiert werden können.

Liegen daher die Außenränder aller Stahllagen unmit- telbar übereinander und sind diese auch noch unge- schützt den Witterungsbedingungen ausgesetzt, so ist die Gefahr sehr groß, dass sich Feuchtigkeit auf ih-

ren Stirnseiten ansammelt und eine durchgehende e- lektrische Verbindung zwischen dem Zylinderkopf 1 und dem Zylinderblock 2 entsteht. Da diese aus Materia- lien bestehen, die. in der elektrochemischen Span- nungsreihe weit auseinander liegen, muss eine starke Korrosion insbesondere des im Wesentlichen aus Magne- sium hergestellten Zylinderblocks 1 befürchtet wer- den..

Diese Nachteile werden durch eine am Außenrand der Zylinderkopfdichtung angebracht Dichtung 6 vermieden.

Zu diesem Zweck ragt eine der Stahllagen, in den Fign. 1 bis 7 jeweils die innere Stahllage 4, über die Außenränder der Stahllagen 3,5, 7 und/oder 8 hinaus, so dass an dem überstehenden Rand der Stahl- lage 4 die Dichtung 6 befestigt werden kann. Die Au- ßenränder der Stahllagen 3,5, 7 und 8 sind gegenüber den Außenflächen des Zylinderkopfes 1 und des Zylin- derblocks 2 etwas zurückgezogen, so dass die Dichtung 6 einerseits die ganze Spalthöhe ausfüllen, d. h. auch die Stirnseiten der Stahllagen 3,5, 7 und 8 abde- cken, und andererseits nach innen zwischen den Zylin- derkopf 1 und den Zylinderblock 2 ragen und somit fest zwischen diesen eingespannt werden kann. Auf diese Weise ist der die Zylinderkopfdichtung enthal- tende Spalt zwischen Zylinderkopf 1 und Zylinderblock 2 fest abgedichtet, so dass keine Feuchtigkeit in diesen eindringen kann. Die Gefahr einer Korrosion ist dadurch ausgeschlossen.

Dadurch, dass die eine Stahllage über die Außenränder der anderen Stahllagen vorsteht, liegen auch nicht alle Außenränder direkt übereinander, so dass eine durchgehende elektrische Verbindung zwischen Zylin- derkopf 1 und Zylinderblock 2 in jedem Falle durch die überstehende Stahllage 4 unterbrochen wird.

Die in den Fign. 1 bis 7 gezeigten Dichtungen 6 un- terscheiden sich im Wesentlichen durch ihre äußere Form. Die Dichtung 6 nach Fig. 1 hat einen rechtecki- gen Querschnitt, während die Dichtung 6 nach Fig. 2 auf der Ober-und der Unterseite wellenförmig ausge- bildet ist, um eine bessere Dichtwirkung zu erzielen.

Bei der Dichtung 6 nach Fig. 3 ist der aus dem Spalt zwischen Zylinderkopf 1 und Zylinderblock 2 herausra- gende Teil schräg nach unten abgewinkelt. Bei dieser Ausführungsform wirkt das nach unten weisende Eck der Dichtung 6 als Tropfvorrichtung 9 und bewirkt somit besonders günstige Wasserablaufeigenschaften. In den Figuren 4 und 5 ist die Dichtung 6 mit einer Tropf- vorrichtung in Nasenform 9, die sich als Wulst an der unteren Außenseite darstellt, versehen. In Figur 6 ist eine zu Figur 2 vergleichbare Dichtung 6 darge- stellt, die an der Ober-und der Unterseite wellen- förmig ausgebildet ist, um im äußeren Bereich sich stufenweise auszuweiten.

In Figur 7 ist eine Dichtung 6 dargestellt, die ana- log zur Ausführungsform gemäß Figur 3 eine Tropfvor- richtung durch Abwinklung ausbildet, zusätzlich aber auf den zum Zylinderkopf 1 und Zylinderblock 2 zuge- wandten Seiten Ausnehmungen aufweist.

Die Dichtungen 6 sind jeweils so angeordnet, dass sie aus dem genannten Spalt herausragen, wobei dieser Überstand etwa im Bereich von 1 bis 8 mm liegen soll- te. Diese Maßnahme hat den Zweck, dass Feuchtigkeit, die sich auf der Außenseite der Dichtung 6 gesammelt hat und von dieser heruntertropft, nicht mit der Au- ßenfläche des Zylinderblocks 2 in Berührung kommt.

Hierdurch kann die Korrosionsgefahr weiter verringert werden.

Als Material der Dichtung 6 empfehlen sich Elastome- re, insbesondere Silikon, FPM (Fluorelastomere, ins- besondere PFA und MFA), TPE (thermoplastische Elasto- mere), PU (Polyurethan), ACM (Methylacrylate) sowie PEEK (Polyether-Etherketone). Die Herstellung der Dichtung 6 erfolgt am einfachsten durch Umspritzen des Außenrandes der Stahllage 4 oder durch Schablo- nendruck. Bevorzugt werden in der Lage 4 umlaufend Auffanglippen 10 eingeprägt, die ein Überlaufen der Elastomermasse auf den Bereich jenseits der Auffang- lippen 10 verhindern. Die Dicke der Dichtung 6 sollte so bemessen sein, dass sie nach dem Einbau der Zylin- derkopfdichtung etwa zwischen 5 % und 50 % kompri- miert ist, so dass zum einen die Ab- dichtung erhalten ist und zum anderen das Dichtungs- material noch nicht durch zu starke Kompression be- schädigt ist. Bei einer Dicke der Zylinderkopfdich- tung von etwa 0,7 mm liegt somit die Dicke der unver- dichteten Dichtung 6 etwa zwischen 0,8 und 1,2 mm.

Die Dichtung 6 sollte soweit in den Spalt zwischen Zylinderkopf 1 und Zylinderblock 2 hineinragen, dass sie sicher zwischen diesen gehalten wird und zumin- dest in komprimiertem Zustand gegen die Stirnfläche der Stahllagen 3 und 5 drückt, wie dies in Fig. 3 ge- zeigt ist, so dass sich hieraus ein weiterer Schutz gegen Korrosion ergibt.