[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Zylinderkopfhaube für einen Zylinderkopf einer
Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und auf ein Verfahren zur
Herstellung einer Zylinderkopfhaube nach dem Oberbegriff des Anspruches 5 bzw. 8.
[0002] In der Druckschrift DE 197 38 275 A1 wird eine Zylinderkopfhaube für den Zylinderkopf
einer Brennkraftmaschine beschrieben, welche mit Hilfe von Schrauben am Zylinderkopf
befestigt ist, wobei zur Abdichtung zwischen Haube und Zylinderkopf eine umlaufende
Dichtung vorgesehen ist, die auf einen vorspringenden Flansch an der Zylinderkopfhaube
aufgeknöpft oder aufgespritzt ist. Eine Dichtlippe der Dichtung überragt die untere
Stirnseite der Zylinderkopfhaube, so dass diese Dichtlippe bei aufgesetzter und montierter
Zylinderkopfhaube auf der benachbarten Oberseite des Zylinderkopfes aufliegt und ein
strömungsdichter Abschluss zwischen Zylinderkopf und Zylinderkopfhaube gegeben ist.
[0003] Eine befriedigende Schallisolation zwischen Zylinderkopf und Zylinderkopfhaube ist
mit dieser Vorrichtung aber nicht gegeben. Im montierten Zustand bewirkt die von der
Schraubverbindung erzeugte Befestigungskraft, dass stirnseitige Abschnitte der Zylinderkopfhaube
auf der Oberseite des Zylinderkopfes aufliegen, so dass Motorvibrationen unmittelbar
auf die Zylinderkopfhaube übertragen werden und dort unerwünschte Vibrationsgeräusche
entstehen. Diese Schwingungsübertragung kann auch durch die über die Stirnseite hinausragende
Dichtlippe der umlaufenden Dichtung nicht vermieden werden, da immer die Gefahr besteht,
dass infolge der hohen Befestigungskraft ein Abschnitt der Zylinderkopfhaube unmittelbar
mit dem Zylinderkopf in Berührung kommt.
[0004] Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine einfach ausgeführte Zylinderkopfhaube
zu schaffen, die trotz einer strömungsdichten Abdichtung wirksam gegen die Motorvibrationen
abgeschirmt ist. Zweckmäßig soll die Zylinderkopfhaube einschließlich der Dichtung
mit einfachen Maßnahmen herzustellen sein.
[0005] Dieses Problem wird erfindungsgemäß bei einer Zylinderkopfhaube mit den Merkmalen
des Anspruches 1 und bei einem Verfahren zur Herstellung einer Zylinderkopfhaube mit
den Merkmalen des Anspruches 5 bzw. 8 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige
Weiterbildungen an.
[0006] Die erfindungsgemäße Zylinderkopfhaube ist mit einem Dichtungselement ausgestattet,
welches zweckmäßig als entlang der Außenkante der Zylinderkopfhaube umlaufendes Bauteil
ausgeführt ist, wobei in das Dichtungselement ein Stabilisierungskern eingesetzt ist,
der vollständig oder zumindest beinahe vollständig von dem Dichtmaterial des Dichtungselementes
umschlossen ist. Zwischen dem Stabilisierungskern und der Zylinderkopfhaube befindet
sich Dichtmaterial des Dichtungselementes. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass
der Stabilisierungskern nicht unmittelbar in Kontakt mit der Zylinderkopfhaube und
auch nicht in Kontakt mit dem Zylinderkopf gelangt; vielmehr liegt sowohl zwischen
dem Stabilisierungskern und der Zylinderkopfhaube als auch zwischen dem Stabilisierungskern
und dem Zylinderkopf jeweils Dichtmaterial des Dichtungselementes, das für eine wirksame
Schwingungsentkopplung sorgt.
[0007] Zugleich werden bei Einsatz eines Stabilisierungselementes (z.B. eines Stabilisierungskerns)
deutlich höhere Dichtkräfte realisiert. Dies führt auch zu einer verbesserten, stabileren
Anbindung der Zylinderkopfhaube auf den Zylinderkopf, ohne dass die Gefahr eines unerwünschten
seitlichen Ausweichens von Dichtmaterial besteht. Trotz der höheren Dichtkräfte ist
es möglich, die Zylinderkopfhaube in der Weise mit dem Zylinderkopf zu verbinden,
dass kein Abschnitt der Zylinderkopfhaube unmittelbar in Kontakt mit dem Zylinderkopf
gelangt, sondern dass zwischen Zylinderkopf und Zylinderkopfhaube ausschließlich Dichtmaterial
liegt.
[0008] In einer bevorzugten Ausführung läuft das Dichtungselement entlang der Außenkante
der Zylinderkopfhaube um und ist somit als geschlossener Ring ausgeführt. In diesem
Fall bildet auch der Stabilisierungskern einen entsprechend umlaufenden Stützring.
Dieser Stützring besitzt zweckmäßig mindestens eine Durchbrechung, welche von dem
Dichtmaterial des Dichtungselementes überbrückt wird, so dass trotz der Durchbrechung
ein zusammenhängendes, ringförmiges Dichtungselement gegeben ist. Aufgrund der Durchbrechung
kann der Stützring thermische Längendehnungen kompensieren. Prinzipiell ist es ausreichend,
in Längs- und Querrichtung des Dichtungselementes nur kleine Durchbrechungen im Stützring
vorzusehen, um die Stabilität nicht zu beeinträchtigen. Gegebenenfalls können über
die Länge des Dichtungselementes eine Mehrzahl von Durchbrechungen vorgesehen sein.
[0009] In einer vorteilhaften Ausführung besitzt der Stabilisierungskern bzw. der Stützring
einen U-förmigen Querschnitt, wobei in die offene U-Seite ein komplementär geformter
Vorsprung am Zylinderkopf einsetzbar ist. Auf diese Weise wird eine Stabilisierung
und eine Abdichtung sowohl in vertikaler Befestigungsrichtung als auch in Horizontalrichtung
erreicht.
[0010] Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Zylinderkopfhaube einschließlich
des Dichtungselementes wird in einem ersten Arbeitsgang die Zylinderkopfhaube als
Kunststoff-Formteil im Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellt, wobei zugleich
einteilig mit der Zylinderkopfhaube der Stabilisierungskern bzw. der Stützring ganz-
bzw. einteilig oder mehrteilig angespritzt wird, welcher über einen schmalen Verbindungssteg
mit der Zylinderkopfhaube verbunden ist. Dieser Verbindungssteg hat die Funktion einer
Sollbruchstelle, über die der Stabilisierungskern im zweiten Arbeitsschritt von der
Zylinderkopfhaube getrennt wird. In einem dritten Herstellungsschritt wird der Stabilisierungskern
zunächst mit Hilfsmitteln relativ zur Zylinderkopfhaube fixiert und anschließend mit
einem Elastomer umspritzt, wodurch das Dichtungselement erzeugt wird. Die Hilfsmittel
zum Fixieren des Stabilisierungskerns gegenüber der Zylinderkopfhaube können nun entfernt
werden. Auf diese Weise kann in einem einzigen Herstellungsprozess die Zylinderkopfhaube
einschließlich Dichtungselement hergestellt werden. Das Dichtungselement besitzt hierbei
aufgrund des integrierten Stabilisierungskerns eine erheblich höhere Stabilität als
dies bei Dichtungselementen ohne derartige Stabilisierungskerne der Fall ist.
[0011] Falls eine einteilige Fertigung des Spritzgussteils (Zylinderkopfhaube und Stützring)
nicht möglich sein sollte, kommt auch eine separate Herstellung in Betracht, wobei
Zylinderkopfhaube und Stützring gemeinsam in das Elastomerwerkzeug eingelegt und umspritzt
werden.
[0012] Es kann zweckmäßig sein, durch Anspritzen des Elastomers beispielsweise an einen
Vorsprung oder eine Hinterschneidung an der Zylinderkopfhaube eine unmittelbare Anbindung
des Dichtungselementes an die Zylinderkopfhaube im Sinne einer Hakenlösung zu schaffen,
so dass sich weitere Befestigungsmaßnahmen erübrigen.
[0013] Gemäß eines weiteren Verfahrens ist vorgesehen, dass der Stützring als eigenständiges
Bauteil hergestellt und mit Elastomermaterial zur Bildung eines Dichtungselements
umspritzt wird. Anschließend wir das Dichtungselement in ein Spritzwerkzeug für die
Zylinderkopfhaube eingesetzt und die Zylinderkopfhaube an das Dichtungselement angespritzt.
[0014] Dieses Fertigungsverfahren bietet den Vorteil, dass ein nur geringer Aufwand für
die Elastomerfertigung erforderlich ist. Desweiteren können die Elastomerwerkzeuge
einfach ausgeführt sein. Da der Temperprozess vor der Fertigung der Zylinderkopfhaube
erfolgt, ist auch die Verzugsproblematik reduziert. Die mechanische Verankerung der
Dichtung an der Zylinderkopfhaube kann einfach realisiert werden. Außerdem besteht
eine höhere Gestaltungsfreiheit bei der Dichtungsgeometrie.
[0015] Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung
und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Ansicht einer Zylinderkopfhaube, welche auf einen Zylinderkopf aufgesetzt ist,
mit einem Teilschnitt im Bereich eines Dichtungselementes zwischen der Unterseite
der Zylinderkopfhaube und der Oberseite des Zylinderkopfes,
- Fig. 2
- eine perspektivische Ansicht der Zylinderkopfhaube mit angespritztem Stützring, welcher
aus gleichem Material wie die Zylinderkopfhaube besteht und in einem nachfolgenden
Herstellungsschritt von einem Elastomer zur Herstellung eines umlaufenden Dichtungselementes
umspritzt wird,
- Fig. 3
- die Zylinderkopfhaube mit dem umlaufenden Stützring in einer anderen Ansicht, wobei
der im Schnitt dargestellte Stützring über einen Verbindungssteg mit der Zylinderkopfhaube
verbunden ist,
- Fig. 4
- eine Fig. 3 entsprechende Ansicht, jedoch mit gelöstem Verbindungssteg, so dass der
Stützring unabhängig von der Zylinderkopfhaube ist,
- Fig. 5
- eine perspektivische Ansicht der Zylinderkopfhaube mit umlaufendem Dichtungselement,
welches an die Außenkante der Zylinderkopfhaube angespritzt ist und in die der Stützkern
integriert ist.
[0016] In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
[0017] In Fig. 1 ist der obere Abschnitt eines Zylinderkopfes 1 einer Brennkraftmaschine
mit aufgesetzter Zylinderkopfhaube 2 dargestellt. Für einen strömungsdichten Abschluss
zwischen der als Kunststoff-Formteil hergestellten Zylinderkopfhaube 2 und dem Zylinderkopf
1 ist ein im Bereich der Außenkante der Zylinderkopfhaube 2 umlaufendes, ringförmiges
Dichtungselement 3 vorgesehen, welches zweckmäßig an die Zylinderkopfhaube 2 angespritzt
ist. In den Dichtungskörper des Dichtungselementes 3 ist ein ebenfalls umlaufender
Stützring 4 eingebracht, der aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie die Zylinderkopfhaube
2 besteht. Der Stützring 4 ist U-förmig ausgebildet, wobei die Öffnung im Stützring
nach unten weist. Der Stützring 4 ist vollständig von dem Material des Dichtungselementes
3 umschlossen, was im Wege eines Spritzverfahrens, bei dem Dichtungselastomer auf
den Stützring 4 gespritzt wird, zu bewerkstelligen ist. Aufgrund der U-Form des Stützringes
4 sind die Schenkel des Stützringes ebenfalls von Dichtungsmaterial umgeben, wodurch
zwei Dichtschenkel 5 gebildet werden. Auch das Dichtungselement 3 weist eine der Form
des Stützringes 4 entsprechende Aufnahme mit zwei seitlichen Dichtschenkeln 5 auf.
In diese Aufnahme des Dichtungselementes ragt bei montierter Zylinderkopfhaube 2 ein
Vorsprung 6 ein, welcher einteilig mit dem Zylinderkopf ausgebildet ist und sich über
die Oberseite des Zylinderkopfes erhebt. Der in die U-förmige Aufnahme einragende
Vorsprung 6 ist sowohl in vertikaler als auch in lateraler Richtung sicher aufgenommen,
wodurch die Zylinderkopfhaube 2 sehr stabil auf dem Zylinderkopf 1 gehalten ist, ohne
dass ein direkter Kontakt zwischen dem Material der Zylinderkopfhaube 2 und dem Zylinderkopf
1 besteht. Zwischen Zylinderkopf 1 und Zylinderkopfhaube 2 befindet sich immer Dichtmaterial
des Dichtungselementes 3.
[0018] In Fig. 2 ist die Zylinderkopfhaube 2 in einem Zwischenstadium des Herstellungsprozesses
dargestellt. Der Stützring 4 wird im gleichen Arbeitsgang wie die Zylinderkopfhaube
2 hergestellt, wobei Angussdome 7 über den Umfang verteilt für das Einbringen des
Spritzgießmaterials für den Stützring 4 vorgesehen sind. Ein entsprechender Angussdom
8 ist für die Herstellung des Zylinderkopfhauben-Formteiles vorgesehen. Der Stützring
4 ist über schmale Verbindungsstege 9, welche über den Umfang der Zylinderkopfhaube
2 verteilt angeordnet sind, mit der Zylinderkopfhaube verbunden. Diese Stützstege
9 dienen als Sollbruchstelle, welche zum Lösen des Stützringes 4 von der Zylinderkopfhaube
2 abgebrochen werden können.
[0019] In Fig. 3 ist die Zylinderkopfhaube 2 im gleichen Verfahrensstadium dargestellt wie
in Fig. 2. Deutlich zu erkennen ist der Verbindungssteg 9, welcher lediglich über
eine kleine Verbindungsstelle mit der Außenseite eines umlaufenden Flansches 10 an
der Zylinderkopfhaube 2 verbunden ist. Diese lediglich schwache Verbindung reicht
aus, um den Stützring 4 während des ersten Herstellungsschrittes zunächst an der Zylinderkopfhaube
2 zu halten. Die Verbindung kann jedoch mit geringem Kraftaufwand gelöst werden, so
dass der Stützring 4 ohne Verbindung zur Zylinderkopfhaube 2 ist, was in Fig. 4 dargestellt
ist.
[0020] In Fig. 5 ist die Zylinderkopfhaube 2 in montiertem Zustand auf dem Zylinderkopf
1 dargestellt. Das Dichtungselement 3 läuft entlang der Außenkante der Zylinderkopfhaube
2 um, in das Dichtungselement 3 ist der Stützring 4 eingesetzt. Zu erkennen sind die
Verbindungsstege 9, welche während des Herstellungsprozesses mit der Zylinderkopfhaube
2 verbunden sind, nunmehr jedoch von der Zylinderkopfhaube gelöst sind. Der Stützring
4 einschließlich der Verbindungsstege 9, die nunmehr lediglich eine das Dichtungselement
3 stabilisierende Funktion haben, sind von dem Dichtungsmaterial des Dichtungselementes
vollständig umspritzt. Als Dichtungsmaterial wird ein Elastomer verwendet.
[0021] Der Stützring 4 weist mindestens eine Durchbrechung 11 auf, so dass der Stützring
nicht vollständig umläuft und daher in der Lage ist, thermische Längendehnungen zu
kompensieren. Diese Durchbrechung 11 wird von dem Dichtmaterial des Dichtungselementes
überbrückt. Eine zusätzliche Stabilisierung im Bereich der Durchbrechung 11 ist über
den Vorsprung 6 gegeben, welcher Teil des Zylinderkopfes 1 ist und von unten in die
U-förmige Aufnahme des Stützringes 4 einragt.
[0022] Zu erkennen sind außerdem Dome 12, welche Bestandteil der Zylinderkopfhaube 2 sind
und zur Aufnahme der Zündkerzen für die Brennkraftmaschine dienen. Die Dome 12 sind
von Radialdichtungen 13 umgriffen, welche in der Regel ohne stabilisierenden Stützring,
gegebenenfalls aber auch mit einem derartigen Stützring ausgeführt sein können. Die
Radialdichtungen 13 werden zweckmäßig im gleichen Arbeitsgang wie das umlaufende Dichtungselement
3 hergestellt.
[0023] Des Weiteren sind in Fig. 5 Ausnehmungen 14 im Dichtungselement 3 dargestellt, welche
dadurch zustande kommen, dass während des Herstellungsprozesses der Stützkern 4 nach
dem Lösen von der Zylinderkopfhaube 2 mittels Hilfselementen gehalten werden muss,
woraufhin der Stützring von dem Elastomer zur Herstellung des Dichtungselementes umspritzt
wird, wobei die Ausnehmungen 14 während des Spritzvorganges von den Hilfselementen
zur Halterung des Stützringes ausgefüllt sind. Nach Beendigung des Spritzvorganges
ist das Dichtungselement fest mit der Zylinderkopfhaube verbunden und es können die
Hilfselemente zur Halterung des Stützringes entfernt werden, wodurch die Ausnehmungen
14 entstehen.
[0024] Grundsätzlich können auch Ölwannen aus Kunststoff nach dem erfindungsgemäßen Produktionsverfahren
hergestellt werden. Hierbei wird die Ölwanne im Kunststoff-Spritzgießverfahren mit
einem an der Außenkante der Ölwanne angeordneten Stabilisierungskern hergestellt,
wobei der Stabilisierungskern über einen als Sollbruchstelle fungierenden Verbindungssteg
mit der Ölwanne verbunden ist. Anschließend wird der Stabilisierungskern von der Ölwanne
an der Sollbruchstelle gelöst und der Stabilisierungskern mit einem Elastomer bei
gleichzeitiger Fixierung des Stabilisierungskerns gegenüber der Ölwanne umspritzt.
Der Stabilisierungskern ist zweckmäßig als ein entlang der Außenkante der Ölwanne
umlaufender Stützring ausgebildet.
[0025] Gemäß einem weiteren Herstellungsverfahren wird der Stützring als eigenständiges
Bauteil hergestellt und mit Elastomermaterial zur Bildung eines Dichtungselements
umspritzt. Danach wird das Dichtungselement in ein Spritzwerkzeug für die Ölwanne
eingesetzt und die Ölwanne an das Dichtungselement angespritzt.
1. Zylinderkopfhaube für einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine, mit einem Dichtungselement
(3) zwischen Zylinderkopfhaube(2) und Zylinderkopf (1), dadurch gekennzeichnet, dass in das Dichtungselement (3) ein Stabilisierungskern eingesetzt ist, der zumindest
im Wesentlichen vollständig von dem Dichtmaterial des Dichtungselements (3) umschlossen
und von der Zylinderkopfhaube (2) entkoppelt ist, derart, dass zwischen dem Stabilisierungskern
und der Zylinderkopfhaube (2) Dichtmaterial des Dichtungselements (3) angeordnet ist.
2. Zylinderkopfhaube nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (3) als entlang der Außenkante der Zylinderkopfhaube (2) umlaufendes
Bauteil und der Stabilisierungskern im Dichtungselement (3) als umlaufender Stützring
(4) ausgebildet ist.
3. Zylinderkopfhaube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (4) in Längs- und/oder Querrichtung mindestens eine Durchbrechung (11)
aufweist, die von dem Dichtmaterial des Dichtungselements (3) überbrückt ist.
4. Zylinderkopfhaube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungskern einen U-förmigen Querschnitt besitzt.
5. Verfahren zur Herstellung einer Zylinderkopfhaube einschließlich eines Dichtungselementes
nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Herstellen der Zylinderkopfhaube (2) im Kunststoff-Spritzgießverfahren mit einem
an der Außenkante der Zylinderkopfhaube (2) angeordneten Stabilisierungskern, der
über einen als Sollbruchstelle fungierenden Verbindungssteg mit der Zylinderkopfhaube
(2) verbunden ist,
- Lösen des Stabilisierungskerns von der Zylinderkopfhaube (2) an der Sollbruchstelle,
- Umspritzen des Stabilisierungskerns mit einem Elastomer bei gleichzeitiger Fixierung
des Stabilisierungskerns gegenüber der Zylinderkopfhaube (2).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungskern als ein entlang der Außenkante der Zylinderkopfhaube (2)
umlaufender Stützring angespritzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisierungskern ein eigenständiges Bauteil ist, welches als separates Einlegeteil
in den Prozess eingebracht wird.
8. Verfahren zur Herstellung einer Zylinderkopfhaube einschließlich eines Dichtungselementes
nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- Herstellen eines Stützringes als eigenständiges Bauteil und Umspritzen des Stützrings
mit Elastomermaterial zur Bildung eines Dichtungselements,
- Einlegen des Dichtungselements in ein Spritzwerkzeug für die Zylinderkopfhaube und
Anspritzen der Zylinderkopfhaube an das Dichtungselement.