„Downsizing“ ist nach wie vor das Gebot der Stunde für die aktuellen Motorengenerationen. Damit verbunden sind einer oder mitunter sogar zwei Turbolader zur Steigerung der Literleistung eines Motors. Dazu kommen Leichtbaumaterialien wie Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen mit Siliziumanteilen für den Motorblock, den Zylinderblock und die Kolben. Ziel ist hier möglichst viel Gewicht einzusparen und gleichzeitig dafür zu sorgen, dass die Ausdehnung von Zylinder und Kolben nach einem Kaltstart möglichst wenig an sogenanntem Blow-by-Gas passieren lassen. All dies im Hinblick auf die Einhaltung der jeweiligen Abgasvorschriften und den dazu korrespondierenden Testzyklen.
Ansteigende Verbrennungsdrücke und die Konsequenzen
Gleichgültig ob Lastkraftwagen oder Sportwagen, hinzu kommt die Tatsache, dass die Zünddrücke bzw. die Spitzendrücke im Verbrennungsprozess immer weiter ansteigen. Dies wurde speziell beim Dieselmotor durch die aktuellen Direkteinspritztechnologien begünstigt. Beide Faktoren zusammen – immer höhere Drücke bei einer gleichzeitigen Reduzierung der Bauteilsteifigkeit aufgrund der Verwendung von Aluminium, führen dazu, dass sich der Zylinderkopf bei jeder Arbeitsfolge des Motors kurzzeitig und entgegen der Klemmkraft der Zylinderkopfschraube kurz abhebt. Da dieser Vorgang extrem kurz ist, wird dieser Effekt als „Dichtspaltvibration“ oder „Dichtspaltschwingung“ bezeichnet. Diese beträgt zwar nur 2-10μm, ist für die Bauteile und speziell für die Funktionen einer Zylinderkopfdichtung jedoch eine erhebliche Herausforderung.
Bedingt durch die Bewegung zwischen Zylinderkopf und Motorblock muss eine moderne Zylinderkopfdichtung sowohl den Brenngasdruck als auch Motoröl und Kühlerflüssigkeit sicher abdichten. Gleichzeitig muss sie aber auch die Dichtspaltschwingungen dauerhaft aushalten oder gar kompensieren können. Ältere Dichtungsbauarten, also Metall-Weichstoff Konstruktionen, waren aufgrund der Materialeigenschaften statisch ausgelegt. Infolge der Materialverwendung und der damit einhergehenden Statik entstanden sogenannte Setzverluste, also ein wenn auch geringer Verlust der Dichtungsdicke und als Konsequenz daraus eine nachlassende Klemmkraft der Zylinderkopfschrauben. Mit der finalen Konsequenz, dass Metall-Weichstoff Zylinderkopfdichtungen aufgerieben werden. Ein am Ende der Lebensdauer sich selbst beschleunigender Prozess.
Metalldichtungen mit dynamischen Sicken
Um höhere Laufleistungen bei modernen Fahrzeugen sicherstellen zu können, kommen heute Metalldichtungen aus Federstahl mit dynamischen Vollsicken zum Einsatz. Diese Technologie dichtet den Dichtspalt nun flexibel ab, sie folgen den Bauteilbewegungen und haben kaum noch Setzverluste. Am heutigen Motor sind somit kaum Verluste der Schraubenklemmkräfte zu verzeichnen. Um zu verhindern, dass die flexiblen Federstahlsicken in hochdynamischen Motoren durch die stetige Vibration zwischen Zylinderkopf und Kurbelgehäuse immer wieder vollständig durchgestaucht werden, müssen sogenannte „Stoppersysteme“ zum Einsatz kommen. Diese Technologie verschafft der Sicke einen Funktionsspalt, in der diese immer flexibel wirken kann. Zusätzlich werden die einzelnen Metalllagen noch mit hochtemperaturfestem Elastomer beschichtet, um die notwendige Mikroabdichtung zu gewährleisten. Dies erfolgt entweder als vollflächige oder partielle Beschichtung.
Die ElringKlinger AG ist Entwicklungspartner aller weltweit führenden Motorenhersteller für diese hochkomplexe Technologie, von der mehrere verschiedene Varianten verfügbar sind. So gibt es gebördelte, geschweißte und geprägte Stopper, sowie flexible und massive Varianten. Selbst höhenprofilierte Bauarten sind bei hochkomplexen Motoren darstellbar. Unter der Marke „Elring – Das Original“ vertreibt das Unternehmen ebensolch qualitativ hochwertige Ersatzteile.
Zylinderkopfdichtungen sind also – entgegen der weitläufigen Meinung – keinesfalls aufeinandergestapelte simple Stahllagen. Vielmehr handelt es sich um ein hochtechnologisches, meist mehrlagiges Bauteil mit einer hochentwickelten Technologie, die sich fast unsichtbar zwischen den einzelnen Lagen versteckt. Beachten sollten Kfz-Profis, dass nur Dichtungen in Erstausrüstungsqualität die sichere Funktion heutiger Motoren sicherstellen. Unter www.elring.de finden sich weitere Informationen.//
