DE10065199A1 - Gasket e.g. for cylinder head has at least one covering layer between metal-containing layers and third metal layer - Google Patents
Gasket e.g. for cylinder head has at least one covering layer between metal-containing layers and third metal layerInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung zur Anord nung zwischen zwei abzudichtenden Bauteilen, von denen minde stens eines ein erstes metallisches Material enthält, welches unedler ist als Aluminium, umfassend mindestens eine Dich tungslage, die ein zweites metallisches Material enthält, welches edler ist als das erste metallische Material.The present invention relates to a seal for assembly voltage between two components to be sealed, of which at least at least one contains a first metallic material which Is less noble than aluminum, including at least one dich tungslage, which contains a second metallic material, which is nobler than the first metallic material.
Eine solche Dichtung kann insbesondere eine Zylinderkopfdich tung zur Anordnung zwischen einem Zylinderkopf und einem Mo torblock eines Verbrennungsmotors sein, wobei beispielsweise der Zylinderkopf eine Magnesium-Legierung enthält und die Zy linderkopfdichtung mindestens eine im montierten Zustand der Dichtung an dem die Magnesium-Legierung enthaltenden Zylin derkopf anliegende gesickte Funktionslage aufweist, die zur Gewährleistung einer ausreichenden Federelastizität der ab dichtenden Sickenlinien eine Blechlage aus Federstahl umfaßt.Such a seal can in particular be a cylinder head seal device for the arrangement between a cylinder head and a Mo be gate block of an internal combustion engine, for example the cylinder head contains a magnesium alloy and the Zy Lind head gasket at least one in the assembled state of the Seal on the cylinder containing the magnesium alloy the head has adjacent beaded functional layer, which for Ensure sufficient elasticity of the ab sealing bead lines comprises a sheet metal layer made of spring steel.
Üblicherweise wird die gesickte Funktionslage einer solchen Zylinderkopfdichtung auf ihrer dem abzudichtenden Bauteil, also beispielsweise dem Zylinderkopf, zugewandten Außenseite mit einer Elastomerbeschichtung versehen, um die erforderli che Mikroabdichtung zu gewährleisten.Usually the beaded functional position is such Cylinder head gasket on the component to be sealed, So for example the cylinder head, facing outside provided with an elastomer coating to the required to ensure good micro-sealing.
Eine solche elektrisch isolierende Elastomerbeschichtung wird jedoch schon nach kurzer Betriebszeit des Motors von den ab dichtenden Sickenlinien verdrängt, so daß es im Bereich der Sicken zu einem metallischen Kontakt zwischen dem Material des Zylinderkopfes, also der Magnesium-Legierung, und der Fe derstahl-Blechlage der Funktionslage kommen kann. Such an electrically insulating elastomer coating is however, after the engine has been in operation for a short time sealing bead lines displaced so that it is in the area of the Crimps for metallic contact between the material of the cylinder head, i.e. the magnesium alloy, and the Fe the steel sheet metal layer of the functional layer can come.
Aufgrund des erheblichen Potentialunterschieds in der elek trochemischen Spannungsreihe zwischen der Magnesium-Legierung und dem in der Funktionslage verwendeten Federstahl kann die ser metallische Kontakt eine Kontaktkorrosion zur Folge ha ben.Due to the considerable potential difference in the elek trochemical series of voltages between the magnesium alloy and the spring steel used in the functional position, the This metallic contact leads to contact corrosion ben.
Zur besseren Übersicht werden im folgenden einige Werte aus
der elektrochemischen Spannungsreihe angegeben, wobei als Be
zugsgröße (Nullpunkt) das Potential der Wasserstoffnormal
elektrode dient:
For a better overview, some values from the electrochemical series are given below, with the potential of the hydrogen standard electrode serving as the reference variable (zero point):
Aufgrund seiner Stellung in der Spannungsreihe ist bei Magne sium und seinen Legierungen im Vergleich zu Aluminium und dessen Legierungen eine deutlich höhere Korrosionsneigung bei Kontakt mit Federstahl zu erwarten, zumal Aluminium häufig durch eine Haut aus Aluminiumoxid geschützt ist. Because of its position in the series of voltages, Magne sium and its alloys compared to aluminum and its alloys have a significantly higher tendency to corrode Contact with spring steel is to be expected, especially since aluminum is common is protected by an aluminum oxide skin.
Im Sinne dieser Beschreibung gilt ein metallisches Material als edler als ein anderes metallisches Material, wenn sein elektrochemisches Potential höher liegt als das elektrochemi sche Potential des anderen metallischen Materials. Eisen mit einem elektrochemischen Potential von -0,44 V ist somit edler als Aluminium mit einem elektrochemischen Potential von -1,66 V, und Aluminium ist wiederum edler als Magnesium mit einem elektrochemischen Potential von -2,37 V.For the purposes of this description, a metallic material applies as noble than any other metallic material if its electrochemical potential is higher than the electrochemical cal potential of the other metallic material. Iron with an electrochemical potential of -0.44 V is therefore more noble than aluminum with an electrochemical potential of -1.66 V, and aluminum, in turn, is more noble than magnesium with an electrochemical potential of -2.37 V.
Zur Kontaktkorrosion kommt es, wenn einerseits metallische Materialien mit unterschiedlichem elektrochemischem Potential in elektrisch leitendem Kontakt miteinander stehen und ande rerseits beide Materialien mit einem Elektrolyten (beispiels weise einem aus Wasser bestehenden Feuchtigkeitsfilm) in Kon takt stehen.Contact corrosion occurs when, on the one hand, metallic Materials with different electrochemical potential are in electrically conductive contact with each other ande on the other hand, both materials with an electrolyte (e.g. wise a moisture film consisting of water) in con stand in rhythm.
In diesem Fall entsteht ein Korrosionselement, welches den Elektrolyten (Feuchtigkeitsfilm) sowie als Anode das unedlere metallische Material und als Kathode das edlere metallische Material umfaßt.In this case, a corrosion element is created, which the Electrolytes (moisture film) as well as the less noble anode metallic material and the nobler metallic as cathode Material includes.
Ist die Potentialdifferenz zwischen den beiden metallischen
Materialien ausreichend groß, so laufen in dem Korrosionsele
ment die folgenden Vorgänge ab:
If the potential difference between the two metallic materials is sufficiently large, the following processes take place in the corrosion element:
- - Das als Anode wirkende unedlere metallische Material (beispielsweise die Magnesium-Legierung) löst sich gemäß der Oxidationsreaktion Me → Me2+ + 2e- auf, wobei die Me2+-Ionen im Elektrolyten in Lösung gehen.- The less noble metallic material acting as anode (for example the magnesium alloy) dissolves according to the oxidation reaction Me → Me 2+ + 2e - , with the Me 2+ ions in the electrolyte going into solution.
- - Die von der Oxidationsreaktion an der Grenzfläche zwi schen dem unedleren metallischen Material und dem Elektrolyten gelieferten Elektronen werden über die elek trisch leitfähige Verbindung (beispielsweise den metal lischen Kontakt) an das edlere metallische Material ge liefert.- The from the oxidation reaction at the interface between between the less noble metallic material and the electrolyte Delivered electrons are via the elec electrically conductive connection (for example the metal metallic contact) to the noble metallic material supplies.
- - An der Grenzfläche zwischen dem als Kathode wirkenden edleren metallischen Material (beispielsweise dem Feder stahl) und dem Elektrolyten läuft eine Reduktionsreak tion ab, in welcher die zugelieferten Elektronen ver braucht werden. Diese Reduktionsreaktion kann beispiels weise eine Wasserstoffentwicklung gemäß der Reaktions gleichung 2H+ + 2e- → H2 oder eine Sauerstoffreduktion gemäß der Reaktionsgleichung O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- sein.- At the interface between the more noble metallic material acting as a cathode (for example spring steel) and the electrolyte, a reduction reaction takes place in which the electrons supplied are consumed. This reduction reaction can, for example, be an evolution of hydrogen according to the reaction equation 2H + + 2e - → H 2 or an oxygen reduction according to the reaction equation O 2 + 2H 2 O + 4e - → 4OH - .
Korrosionsreaktionen, die zu einer Auflösung des unedleren metallischen Materials und zur Bildung von aggressivem Was serstoff führen, können demnach immer dann auftreten, wenn zwei metallische Materialien mit ausreichender Potentialdif ferenz (beispielsweise Magnesium und Eisen) miteinander in elektrisch leitfähigem Kontakt stehen und zugleich beide mit demselben Elektrolyten (beispielsweise einem Feuchtigkeits film) in Kontakt stehen.Corrosion reactions leading to the dissolution of the less noble metallic material and the formation of aggressive water lead to oxygen can therefore always occur when two metallic materials with sufficient potentialdif reference (for example magnesium and iron) with each other in electrically conductive contact and at the same time both with the same electrolyte (e.g. a moisture film) are in contact.
Ist somit der metallische Kontakt zwischen einer Magnesium- Legierung und einer Federstahl-Blechlage erst einmal herge stellt, so besteht eine hohe Gefahr der Kontaktkorrosion, da stets damit zu rechnen ist, daß sich im Bereich dieses metal lischen Kontakts auch ein Feuchtigkeitsfilm ausbildet, bei spielsweise aufgrund von Feuchtigkeit, die bei einer Motor reinigung in den Bereich der Sicken der Dichtung gelangt. Is the metallic contact between a magnesium Alloy and a spring steel sheet metal layer poses, there is a high risk of contact corrosion because It is always to be expected that in the area of this metal At the same time, a film of moisture also forms in contact for example due to moisture in an engine cleaning reaches the area of the beads of the seal.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine geringe Neigung zur Kontaktkorrosion aufweist.The present invention is therefore based on the object to create a seal of the type mentioned, which has a low tendency to contact corrosion.
Diese Aufgabe wird bei einer Dichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtung mindestens eine Decklage umfaßt, die im mon tierten Zustand der Dichtung zwischen der das zweite metalli sche Material enthaltenden Dichtungslage und dem das erste metallische Material enthaltenden Bauteil angeordnet ist und ein drittes metallisches Material enthält, das edler ist als das erste metallische Material und unedler ist als das zweite metallische Material.This task is performed in a seal with the characteristics of The preamble of claim 1 is achieved according to the invention in that that the seal comprises at least one cover layer in the mon oriented state of the seal between the second metal cal material containing sealing layer and the first metallic material containing component is arranged and contains a third metallic material that is nobler than the first metallic material and is less noble than the second metallic material.
Der erfindungsgemäßen Lösung liegt das Konzept zugrunde, zwi schen dem ersten metallischen Material (beispielsweise der Magnesium-Legierung des Zylinderkopfes) und dem zweiten me tallischen Material (beispielsweise dem Federstahl der Funk tionslage) eine trennende Lage aus einem dritten metallischen Material anzuordnen, welches in der elektrochemischen Span nungsreihe zwischen dem ersten und dem zweiten metallischen Material steht, so daß die elektrochemische Potentialdiffe renz sowohl beim Kontakt zwischen dem ersten und dem dritten metallischen Material als auch beim Kontakt zwischen dem zweiten und dem dritten metallischen Material kleiner ist als die elektrochemische Potentialdifferenz bei einem direkten Kontakt zwischen dem ersten metallischen Material und dem zweiten metallischen Material.The solution according to the invention is based on the concept between between the first metallic material (e.g. the Magnesium alloy of the cylinder head) and the second me metallic material (for example, the spring steel of the Funk tion layer) a separating layer made of a third metallic Material to be arranged in the electrochemical chip voltage series between the first and the second metallic Material stands so that the electrochemical potential difference rence both in the contact between the first and the third metallic material as well as the contact between the second and third metallic material is smaller than the electrochemical potential difference in the case of a direct Contact between the first metallic material and the second metallic material.
Statt eines einzigen Korrosionselements mit einer hohen trei benden Potentialdifferenz können bei der erfindungsgemäßen Dichtung somit lediglich zwei Korrosionselemente mit einer jeweils geringeren Potentialdifferenz entstehen. Dies verrin gert die treibende Kraft für die Korrosionsreaktionen be trächtlich und kann sogar dazu führen, daß die Korrosions reaktionen im wesentlichen vollständig unterbleiben.Instead of a single corrosion element with a high trei Benden potential difference can with the invention Seal thus only two corrosion elements with one each lower potential difference arise. This diminishes gert be the driving force for the corrosion reactions Significant and can even lead to corrosion reactions are essentially completely absent.
Durch die Trennung des ersten metallischen Materials von dem zweiten metallischen Material durch die dazwischen angeord nete Decklage aus dem dritten metallischen Material können die galvanisch nicht miteinander verträglichen ersten und zweiten metallischen Materialien nicht mehr miteinander in Kontakt kommen; vielmehr kann das erste metallische Material nur noch mit dem dritten metallischen Material in Verbindung kommen, mit welchem es galvanisch besser verträglich ist als mit dem zweiten metallischen Material, und auch das zweite metallische Material kann nur noch mit dem dritten metalli schen Material in Verbindung kommen, wobei auch diese Mate rialien galvanisch besser miteinander verträglich sind als das erste und das zweite metallische Material.By separating the first metallic material from the second metallic material through the interposed angeord Nete cover layer made of the third metallic material can the first and galvanically incompatible second metallic materials no longer in with each other Get in touch; rather, the first metallic material only in connection with the third metallic material come, with which it is galvanically better tolerated than with the second metallic material, and also the second metallic material can only be used with the third metallic material chemical material come into contact, and this mate rials are better galvanically compatible with one another than the first and second metallic materials.
Die erfindungsgemäß erzielte Verringerung der Korrosionsnei gung ist dann besonders nützlich, wenn das zweite metallische Material edler ist als Aluminium.The reduction in the corrosion rate achieved according to the invention supply is particularly useful when the second metallic Material is more noble than aluminum.
Insbesondere kann das zweite metallische Material Federstahl sein. Federstahl bietet den Vorteil, daß eine Federstahl- Blechlage in einfacher Weise mit Sicken versehen werden kann, die die erforderliche Federelastizität aufweisen.In particular, the second metallic material can be spring steel be. Spring steel has the advantage that a spring steel Sheet metal layer can be provided with beads in a simple manner, which have the required elasticity.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf Zylinder kopfdichtungen; vielmehr kann die erfindungsgemäße Dichtung auch jede beliebige andere Dichtung sein, welche zwischen zwei abzudichtenden Bauteilen angeordnet wird, von denen min destens eines ein metallisches Material enthält, welches un edler ist als Aluminium.The present invention is not limited to cylinders head gaskets; rather, the seal according to the invention also be any other seal, which between two components to be sealed are arranged, of which min at least one contains a metallic material which un is more noble than aluminum.
Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Dichtung zur An ordnung zwischen abzudichtenden Bauteilen eines Verbrennungs motors.The seal according to the invention is particularly suitable for an order between components to be sealed in a combustion motors.
Außer einer Zylinderkopfdichtung kommt hierbei insbesondere auch eine Ansaugkrümmerdichtung oder eine Kurbelgehäusedich tung in Betracht.In addition to a cylinder head gasket, in particular also an intake manifold gasket or a crankcase seal consideration.
Das Bauteil, welches das erste metallische Material enthält, kann dabei beispielsweise ein Motorblock, ein Zylinderkopf oder ein Kurbelgehäuse sein.The component that contains the first metallic material can for example be an engine block or a cylinder head or a crankcase.
Die erfindungsgemäße Dichtung ist vorzugsweise als Flachdich tung ausgebildet.The seal according to the invention is preferably a flat seal trained.
Die erfindungsgemäße Dichtung kann zwei- oder mehrlagig aus gebildet sein.The seal according to the invention can consist of two or more layers be educated.
Die das zweite metallische Element enthaltende Dichtungslage kann im wesentlichen plan oder gesickt sein.The gasket layer containing the second metallic element can be essentially flat or corrugated.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß die das zweite metallische Element enthaltende Dichtungslage als Funktionslage ausgebildet und mit minde stens einer Sicke versehen ist.In a preferred embodiment of the invention is provided see that the one containing the second metallic element Gasket layer designed as a functional layer and with min at least one bead is provided.
Da ein Durchreiben einer auf einer solchen Funktionslage an geordneten elektrisch isolierenden Elastomerbeschichtung insbesondere im Bereich der abdichtenden Sickenlinien erfolgt, ist es von Vorteil, wenn die Decklage aus dem dritten metal lischen Material zumindest den Bereich der abdichtenden Sickenlinien, vorzugsweise den gesamten Bereich einer Sicke, der das zweite metallische Material enthaltenden Dichtungs lage überdeckt.As a rubbing through one on such a functional position ordered, electrically insulating elastomer coating in particular takes place in the area of the sealing bead lines, it is an advantage if the top layer is made from the third metal Lischen material at least the area of the sealing Bead lines, preferably the entire area of a bead, the gasket containing the second metallic material layer covered.
Wie bereits ausgeführt, ist die Erfindung besonders vorteil haft anwendbar, wenn das erste metallische Material eine Magnesium-Legierung ist.As already stated, the invention is particularly advantageous applicable when the first metallic material is a Magnesium alloy is.
Eine geeignete Magnesium-Legierung, die für den Einsatz im Motor ausreichende Korrosionsbeständigkeit bietet, ist bei spielsweise die Magnesium-Druckguß-Legierung AZ91hp (mit der Zusammensetzung: 8,0 bis 9,5 Gewichts-% Al, 0,3 bis 1,0 Ge wichts-% Zn, 0,1 bis 0,3 Gewichts-% Mn, Rest Mg), wobei das Kürzel hp für "high purity" steht und anzeigt, daß es sich hierbei um eine hochreine Magnesium-Legierung handelt, in der nur festgelegte Höchstmengen von Verunreinigungen mit anderen Elementen wie beispielsweise Kupfer, Nickel, Eisen und Sili zium zulässig sind.A suitable magnesium alloy for use in Engine offers sufficient corrosion resistance is at For example the magnesium die-cast alloy AZ91hp (with the Composition: 8.0 to 9.5% by weight Al, 0.3 to 1.0 Ge weight-% Zn, 0.1 to 0.3 weight-% Mn, remainder Mg), whereby the Abbreviation hp stands for "high purity" and indicates that it is this is a high-purity magnesium alloy in which only set maximum levels of contamination with others Elements such as copper, nickel, iron and silicon are admissible.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn das dritte metallische Material Aluminium oder eine Aluminium-Legierung ist. Dies gilt insbesondere für diejenigen Fälle, in denen das erste metallische Material eine Magnesium-Legierung und das zweite metallische Material ein Federstahl ist.It has proven to be particularly favorable when the third metallic material aluminum or an aluminum alloy is. This is especially true in those cases where the first metallic material a magnesium alloy and the second metallic material is a spring steel.
Die Decklage kann im wesentlichen plan und ungesickt sein oder aber gesickt sein. The top layer can be essentially planar and unsettled or be beaded.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorge sehen, daß die Decklage als eine im wesentlichen glatte, un gesickte Lage ausgebildet ist.In a preferred embodiment of the invention is provided see that the topsheet as a substantially smooth, un beaded position is formed.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Decklage mit einer Be schichtung aus einem Elastomermaterial versehen ist, die ins besondere auf der im montierten Zustand der Dichtung dem er sten Bauteil zugewandten Seite der Decklage angeordnet ist. Durch eine solche Elastomerbeschichtung ist eine gute Mikro abdichtung zwischen der Decklage der Dichtung einerseits und dem ersten Bauteil andererseits gewährleistet.It is also advantageous if the top layer with a loading layer is provided from an elastomer material, which ins special on the in the assembled state of the seal which he Most component facing side of the cover layer is arranged. Such an elastomer coating is a good micro seal between the top layer of the seal on the one hand and the first component on the other hand guaranteed.
Grundsätzlich wäre denkbar, die Decklage in der Weise auszu bilden, daß sie eine Blechlage aus einem beliebigen metalli schen Material umfaßt, die mit einer beidseitigen Beschich tung aus dem dritten metallischen Material versehen ist.In principle, it would be conceivable to design the top layer in this way form that they are a sheet metal layer of any metalli rule material includes that with a two-sided Beschich device is provided from the third metallic material.
Vorzugsweise wird die Decklage jedoch so ausgebildet, daß sie eine Blechlage aus dem dritten metallischen Material umfaßt.Preferably, however, the cover layer is formed so that it comprises a sheet metal layer of the third metallic material.
Um die Korrosionsneigung an der Kontaktstelle zwischen dem dritten metallischen Material und dem ersten metallischen Ma terial möglichst gering zu halten ist es von Vorteil, wenn das elektrochemische Potential des dritten metallischen Mate rials um höchstens ungefähr 1,8 V höher liegt als das elek trochemische Potential des ersten metallischen Materials.To reduce the tendency to corrosion at the point of contact between the third metallic material and the first metallic dimension Keeping material as low as possible is an advantage if the electrochemical potential of the third metallic material rials is at most about 1.8 V higher than the elek trochemical potential of the first metallic material.
Ferner ist es zur Verringerung der Korrosionsneigung an der Kontaktstelle zwischen dem dritten metallischen Material und dem zweiten metallischen Material von Vorteil, wenn das elek trochemische Potential des dritten metallischen Materials um höchstens ungefähr 1,4 V, vorzugsweise um höchstens ungefähr 0,5 V, tiefer liegt als das elektrochemische Potential des zweiten metallischen Materials.It is also used to reduce the tendency to corrosion Contact point between the third metallic material and the second metallic material advantageous if the elec the trochemical potential of the third metallic material at most about 1.4 V, preferably by at most about 0.5 V, is lower than the electrochemical potential of the second metallic material.
Anspruch 12 ist auf eine Bauteilgruppe gerichtet, welche ein erstes Bauteil, das ein erstes metallisches Material enthält, welches unedler ist als Aluminium, ein zweites Bauteil und eine zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil an geordnete erfindungsgemäße Dichtung umfaßt.Claim 12 is directed to a component group which a first component that contains a first metallic material, which is less noble than aluminum, a second component and one between the first component and the second component comprises ordered seal according to the invention.
Anspruch 13 ist auf die Verwendung einer erfindungsgemäßen Dichtung zur Anordnung zwischen zwei abzudichtenden Bauteilen gerichtet, von denen mindestens eines ein erstes metallisches Material enthält, welches unedler ist als Aluminium.Claim 13 is on the use of an inventive Seal for arrangement between two components to be sealed directed, at least one of which is a first metallic Contains material that is less noble than aluminum.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.Further features and advantages of the invention are the subject the following description and graphic representation of an embodiment.
In den Zeichnungen zeigen:In the drawings show:
Fig. 1 eine ausschnittsweise Draufsicht auf die obere Funktionslage einer Zylinderkopfdichtung; . Figure 1 is a fragmentary plan view of the upper function position of a cylinder head gasket;
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine mehrlagige Dichtung und durch zwei an die Dichtung angren zende Bauteile (Motorblock und Zylinderkopf) im Bereich von Sicken der Funktionslagen der Dich tung; und Fig. 2 is a schematic section through a multi-layer seal and through two of the seal collapsing angren components (engine block and cylinder head) in the range of beads of the functional layers of the log management; and
Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung der oberen Funktionslage und der Decklage der Dich tung aus den Fig. 1 und 2. Fig. 3 is a schematic perspective view of the upper functional layer and the top layer of the device from FIGS. 1 and 2.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.The same or functionally equivalent elements are in all Figures are denoted by the same reference numerals.
Eine in den Fig. 1 bis 3 dargestellte, als Ganzes mit 100 be zeichnete Zylinderkopfdichtung weist beispielsweise einen fünflagigen Aufbau auf mit einer oberen Funktionslage 102, einer unteren Funktionslage 104, einer zwischen den beiden Funktionslagen angeordneten Trägerlage 106, einer oberen Decklage 108 und einer unteren Decklage 110.A cylinder head gasket shown in FIGS. 1 to 3, as a whole with 100 be recorded, has, for example, a five-layer structure with an upper functional layer 102 , a lower functional layer 104 , a carrier layer 106 arranged between the two functional layers, an upper cover layer 108 and a lower one Top layer 110 .
Die Zylinderkopfdichtung 100 weist mehrere Durchgangsöffnun gen, beispielsweise Brennraum-Durchgangsöffnungen 112 und Fluid-Durchgangsöffnungen 114 (für Kühlmittel oder Schmier mittel) sowie Befestigungsmittel-Durchgangsöffnungen 116 auf.The cylinder head gasket 100 has several through openings, for example combustion chamber through openings 112 and fluid through openings 114 (for coolant or lubricant) as well as fastening means through openings 116 .
Zur Abdichtung dieser Durchgangsöffnungen sind die Funktions lagen 102, 104 der Zylinderkopfdichtung 100 mit Sicken 118 versehen, welche die jeweilige Durchgangsöffnung umgeben.To seal these through openings, the functional layers 102 , 104 of the cylinder head gasket 100 are provided with beads 118 which surround the respective through opening.
Diese Sicken 118 können als Vollsicke (mit einem Querschnitt, der einem abgeflachten U entspricht) oder als Halbsicke (mit einem Querschnitt, der einem abgeflachten Z entspricht) aus gebildet sein.These beads 118 can be formed as a full bead (with a cross section that corresponds to a flattened U) or as a half bead (with a cross section that corresponds to a flattened Z).
Bei den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Sicken handelt es sich um Vollsicken mit jeweils einem zentralen Sickenkamm 120 und zwei seitliche Begrenzungen der Sicke bildenden Sicken füßen 122.The beads shown in FIGS. 2 and 3 are full beads, each with a central bead crest 120 and bead feet 122 that form two lateral boundaries of the bead.
Die Zylinderkopfdichtung 100 wird zwischen einem ersten Bau teil 124, beispielsweise einem Zylinderkopf, welches beispielsweise aus einer Magnesium-Legierung gebildet ist, und einem zweiten Bauteil 126, beispielsweise einem Motorblock, angeordnet und bildet zusammen mit den Bauteilen 124 und 126 eine Bauteilgruppe 128 (siehe Fig. 2).The cylinder head gasket 100 is arranged between a first construction part 124 , for example a cylinder head, which is formed for example from a magnesium alloy, and a second component 126 , for example an engine block, and together with the components 124 and 126 forms a component group 128 (see FIG Fig. 2).
Im montierten Zustand der Dichtung ist die obere Decklage 108 zwischen der oberen Funktionslage 102 und dem ersten Bauteil 124 angeordnet, während die untere Decklage 110 zwischen der unteren Funktionslage 104 und dem zweiten Bauteil 126 ange ordnet ist.In the assembled state of the seal, the upper cover layer 108 is arranged between the upper functional layer 102 and the first component 124 , while the lower cover layer 110 is arranged between the lower functional layer 104 and the second component 126 .
Der Aufbau der oberen Funktionslage 102 und der oberen Deck lage 108 im Bereich einer Sicke 118 der oberen Funktionslage 102 ist in Fig. 3 im einzelnen dargestellt.The structure of the upper functional layer 102 and the upper cover layer 108 in the region of a bead 118 of the upper functional layer 102 is shown in detail in FIG. 3.
Damit die Sicke 118 in einfacher Weise in die Funktionslage 102 eingeprägt werden kann und im Betrieb des Motors ausrei chende federelastische Eigenschaften aufweist, umfaßt die Funktionslage 102 eine Blechlage 130 aus Federstahl.So that the bead 118 can be embossed in the functional layer 102 in a simple manner and has sufficient spring-elastic properties when the engine is running, the functional layer 102 comprises a sheet metal layer 130 made of spring steel.
An ihrer der oberen Decklage 108 zugewandten Hauptoberfläche ist die Blechlage 130 mit einer Elastomerschicht 132 verse hen, welche eine Dicke von beispielsweise ungefähr 18 µm bis ungefähr 28 µm aufweist.On its main surface facing the upper cover layer 108 , the sheet metal layer 130 is provided with an elastomer layer 132 which has a thickness of, for example, approximately 18 μm to approximately 28 μm.
Aufgabe der Elastomerschicht 132 ist es, die Mikroabdichtung zwischen der Funktionslage 102 und der oberen Decklage 108 sicherzustellen.The task of the elastomer layer 132 is to ensure the micro-seal between the functional layer 102 and the upper cover layer 108.
Für die Elastomerschicht 132 kann jedes elastomere Dichtungs material verwendet werden, welches für den Einsatz in Dich tungen bekannt ist. For the elastomer layer 132 each elastomeric seal can be used material which refunds for use in you is known.
Insbesondere kommen Fluorkautschuk (FPM) und/oder Nitrilbuta dienkautschuk (NBR) in Frage.Fluororubber (FPM) and / or nitrile buta come in particular diene rubber (NBR) in question.
Die obere Decklage 108 umfaßt eine im wesentlichen ebene, un gesickte Blechlage 134, die aus einem metallischen Material gebildet ist, welches unedler ist als das metallische Mate rial der Blechlage 130 der oberen Funktionslage 102, jedoch edler ist als das metallische Material des ersten Bauteils 124.The upper cover layer 108 comprises a substantially flat, un corrugated sheet metal layer 134 , which is formed from a metallic material which is less noble than the metallic material of the sheet metal layer 130 of the upper functional layer 102 , but is more noble than the metallic material of the first component 124 .
Besteht die Blechlage 130 aus Federstahl und das erste Bau teil 124 aus einer Magnesium-Legierung, so kann die Blechlage 134 der oberen Decklage 108 insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminium-Legierung bestehen.If the sheet metal layer 130 consists of spring steel and the first construction part 124 consists of a magnesium alloy, the sheet metal layer 134 of the upper cover layer 108 can in particular consist of aluminum or an aluminum alloy.
Die Dicke der Blechlage 134 der oberen Decklage 108 beträgt vorzugsweise ungefähr 0,1 mm bis ungefähr 0,4 mm, insbeson dere ungefähr 0,2 mm.The thickness of the sheet metal layer 134 of the upper cover layer 108 is preferably approximately 0.1 mm to approximately 0.4 mm, in particular approximately 0.2 mm.
Insbesondere kann die Dicke der Blechlage 134 im wesentlichen gleich groß sein wie die Dicke der Blechlage 130 der oberen Funktionslage 102.In particular, the thickness of the sheet metal layer 134 can be essentially the same as the thickness of the sheet metal layer 130 of the upper functional layer 102 .
Auf der Blechlage 134 der oberen Funktionslage 102 ist eine Haftvermittlungsschicht 136 angeordnet, deren Dicke bei spielsweise ungefähr 1 µm beträgt.On the sheet metal layer 134 of the upper functional layer 102 , an adhesion promoting layer 136 is arranged, the thickness of which is approximately 1 μm, for example.
Die Haftvermittlungsschicht 136 dient dazu, der darauffolgen den Elastomerschicht 138 einen ausreichenden Halt auf der Blechlage 134 zu vermitteln. The adhesion promoting layer 136 serves to give the subsequent elastomer layer 138 a sufficient hold on the sheet metal layer 134 .
Als Haftvermittlungsmaterial kommt insbesondere ein handels übliches aminosilanhaltiges Haftmittel in Betracht.In particular, a commercial material is used as the bonding material common aminosilane-containing adhesive.
Auf die Haftvermittlungsschicht 136 folgt die bereits er wähnte Elastomerschicht 138, welche eine Dicke von beispiels weise ungefähr 18 µm bis ungefähr 28 µm aufweist.The adhesive layer 136 is followed by the already mentioned elastomer layer 138 , which has a thickness of, for example, approximately 18 μm to approximately 28 μm.
Aufgabe der Elastomerschicht 138 ist es, die Mikroabdichtung zwischen der oberen Decklage 108 und dem angrenzenden ersten Bauteil 124 sicherzustellen.The task of the elastomer layer 138 is to ensure the micro-seal between the upper cover layer 108 and the adjoining first component 124 .
Für die Elastomerschicht 138 kann jedes elastomere Dichtungs material verwendet werden, welches für den Einsatz in Dich tungen bekannt ist.For the elastomer layer 138 each elastomeric seal can be used material which refunds for use in you is known.
Insbesondere kommen Fluorkautschuk (FPM) und/oder Nitrilbuta dienkautschuk (NBR) in Frage.Fluororubber (FPM) and / or nitrile buta come in particular diene rubber (NBR) in question.
Auf der Elastomerschicht 138 ist schließlich als letzte Schicht eine Antihaftschicht 140 angeordnet, die eine Dicke von beispielsweise ungefähr 3 µm bis ungefähr 5 µm aufweist.Finally, the last layer on the elastomer layer 138 is a non-stick layer 140 which has a thickness of, for example, approximately 3 μm to approximately 5 μm.
Als Material für die Antihaftschicht kommt insbesondere ein handelsübliches Polyethylen-Wachs-Material in Betracht.In particular, a material is used for the non-stick layer Commercially available polyethylene wax material into consideration.
Der in Fig. 3 dargestellte gestufte Aufbau der Schichten 132, 136, 138 und 140 dient lediglich der Illustration und gibt nicht irgendwelche tatsächlichen Begrenzungen der vorstehend genannten Schichten wieder. The stepped structure of layers 132 , 136 , 138 and 140 shown in FIG. 3 is for illustration only and does not represent any actual limitations of the layers mentioned above.
Vielmehr kann vorgesehen sein, daß die Funktionslage 102 bzw. die obere Decklage 108 vollflächig mit den vorstehend genann ten Schichten beschichtet sind.Rather, it can be provided that the functional layer 102 or the upper cover layer 108 are coated over the entire surface with the layers mentioned above.
Zumindest jedoch ist der Bereich der Sicke 118 vollständig von den genannten Schichten überdeckt.However, at least the area of the bead 118 is completely covered by the layers mentioned.
Die Haftvermittlungsschicht 136 und/oder die Antihaftschicht 140 können auch entfallen.The adhesion promoting layer 136 and / or the anti- adhesion layer 140 can also be omitted.
Die untere Funktionslage 104 und die untere Decklage 110 kön nen insbesondere spiegelbildlich zu der oberen Funktionslage 102 bzw. zu der oberen Decklage 108 ausgebildet sein.The lower functional layer 104 and the lower cover layer 110 can in particular be designed as a mirror image of the upper functional layer 102 or the upper cover layer 108 .
Enthält das zweite Bauteil 126 kein metallisches Material, das unedler ist als Aluminium, so kann die untere Decklage 110 entfallen.If the second component 126 does not contain any metallic material that is less noble than aluminum, the lower cover layer 110 can be omitted.
Die Trägerlage 106 der Zylinderkopfdichtung 100 kann aus einem beliebigen metallischen Material hergestellt sein. Fer ner kann diese Trägerlage 106 im wesentlichen eben und unge sickt sein oder aber mit Sicken versehen sein.The carrier layer 106 of the cylinder head gasket 100 can be made of any metallic material. Fer ner, this carrier layer 106 can be substantially flat and beaded unge or be provided with beads.
Wird die vorstehend beschriebene Zylinderkopfdichtung zwi schen dem ersten Bauteil 124 (Zylinderkopf) und dem zweiten Bauteil 126 (Motorblock) angeordnet und der Motor in Betrieb genommen, so wird aufgrund der Relativbewegung zwischen der oberen Decklage 108 und dem ersten Bauteil 124 schon nach kurzer Betriebszeit des Motors die Elastomerschicht 138 zu sammen mit der Antihaftschicht 140 und der Haftvermittlungs schicht 136 im Bereich der Sicken 118 der oberen Funktions lage 102 durchgerieben, so daß ein metallischer Kontakt zwischen dem ersten Bauteil 124 aus einer Magnesium-Legierung und der Blechlage 134 der oberen Decklage 108, beispielsweise aus einer Aluminium-Legierung, entstehen kann. Dringt nach dem Durchreiben der Elastomerschicht 132 Feuchtigkeit in den Bereich der Zylinderkopfdichtung 100 ein, indem die Blechlage 134 der oberen Decklage 108 und das erste Bauteil 124 mitein ander in Kontakt kommen, so tritt dennoch im wesentlichen keine Kontaktkorrosion auf, da die Potentialdifferenz zwi schen dem als Anode dienenden ersten Bauteil 124 und der als Kathode dienenden Blechlage 134 zu gering ist, um die Korro sionsreaktionen (beispielsweise die Oxidationsreaktion Me → Me2+ + 2e- an der Grenzfläche zwischen dem ersten Bauteil 124 und dem Feuchtigkeitsfilm und die Reduktionsreaktion 2H+ + 2 e- → H2 an der Grenzfläche zwischen der Blechlage 134 und dem Feuchtigkeitsfilm) in nennenswertem Umfang ablaufen zu las sen.If the cylinder head gasket described above is arranged between the first component 124 (cylinder head) and the second component 126 (engine block) and the engine is put into operation, due to the relative movement between the upper cover layer 108 and the first component 124 , the Motor rubbed the elastomer layer 138 together with the non-stick layer 140 and the adhesion promoter layer 136 in the area of the beads 118 of the upper functional layer 102 , so that a metallic contact between the first component 124 made of a magnesium alloy and the sheet metal layer 134 of the upper cover layer 108 , for example from an aluminum alloy, can arise. Penetrates after the rubbing of the elastomer layer 132 of moisture in the area of the cylinder head gasket 100, by the sheet metal layer 134 of the upper liner 108 and the first component 124 mitein other come into contact, as yet no contact corrosion occurs substantially, since the potential difference rule Zvi the first component 124 serving as anode and sheet metal layer 134 serving as cathode is too small to prevent the corrosion reactions (for example the oxidation reaction Me → Me 2+ + 2e - at the interface between the first component 124 and the moisture film and the reduction reaction 2H + + 2 e - → H 2 at the interface between the sheet metal layer 134 and the moisture film) to run to a significant extent.
Die Blechlage 134 der oberen Decklage 108 und die Magnesium- Legierung des ersten Bauteils 124 sind somit galvanisch ver träglich, so daß weder das erste Bauteil 116 noch die obere Decklage 108 durch Kontaktkorrosion geschädigt werden.The sheet metal layer 134 of the upper cover layer 108 and the magnesium alloy of the first component 124 are thus galvanically ver compatible, so that neither the first component 116 nor the upper cover layer 108 are damaged by contact corrosion.
Im Betrieb des Motors wird ferner aufgrund der Relativbewe gung zwischen der oberen Funktionslage 102 und der oberen Decklage 108 schon nach kurzer Betriebszeit die Elastomer schicht 132 der oberen Funktionslage 102 von den abdichtenden Sicken 118 verdrängt, so daß ein metallischer Kontakt zwi schen der Blechlage 130 aus Federstahl und der Blechlage 134, beispielsweise aus einer Aluminium-Legierung, entstehen kann. Dringt nach dem Verdrängen der Elastomerschicht 132 Feuchtig keit in den Bereich der Zylinderkopfdichtung 100 ein, indem die Blechlagen 130 und 134 miteinander in Kontakt kommen, so tritt dennoch im wesentlichen keine Kontaktkorrosion auf, da die Potentialdifferenz zwischen der als Anode dienenden Blechlage 134 der oberen Decklage 108 und der als Kathode dienenden Blechlage 130 der oberen Funktionslage 102 zu ge ring ist, um die Korrosionsreaktionen in nennenswertem Umfang ablaufen zu lassen.In operation of the engine is also due to the Relativbewe movement between the upper functional layer 102 and the upper cover layer 108 after a short operating time, the elastomer layer 132 of the upper functional layer 102 displaced by the sealing beads 118 , so that a metallic contact between tween the sheet metal layer 130 from Spring steel and the sheet metal layer 134 , for example from an aluminum alloy, can arise. If, after the elastomer layer 132 has been displaced, moisture penetrates the area of the cylinder head gasket 100 in that the sheet metal layers 130 and 134 come into contact with one another, there is still essentially no contact corrosion, since the potential difference between the sheet metal layer 134 of the upper cover layer serving as anode 108 and serving as the cathode sheet metal layer 130 of the upper functional layer 102 is too ge ring in order to allow the corrosion reactions to take place to a significant extent.
Das Material der Blechlage 134 der oberen Decklage 108 und der Federstahl der Blechlage 130 der oberen Funktionslage 102 sind somit galvanisch verträglich, so daß weder die obere Decklage 108 noch die obere Funktionslage 102 durch Kontakt korrosion geschädigt werden.The material of the sheet metal layer 134 of the upper cover layer 108 and the spring steel of the sheet metal layer 130 of the upper functional layer 102 are thus galvanically compatible, so that neither the upper cover layer 108 nor the upper functional layer 102 are damaged by contact corrosion.
Claims (13)
umfassend mindestens eine Dichtungslage (102), die ein zweites metallisches Material enthält, welches edler ist als das erste metallische Material,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtung (100) mindestens eine Decklage (108) umfaßt, die im montierten Zustand der Dichtung (100) zwischen der das zweite metallische Material enthalten den Dichtungslage (102) und dem das erste metallische Material enthaltenden Bauteil (116) angeordnet ist und ein drittes metallisches Material enthält, das edler ist als das erste metallische Material und unedler ist als das zweite metallische Material.1. Seal for arrangement between two parts to be sealed construction ( 116 , 118 ), of which at least one ( 116 ) contains a first metallic material which is less noble than aluminum,
comprising at least one sealing layer ( 102 ) which contains a second metallic material which is more noble than the first metallic material,
characterized by
that the seal ( 100 ) comprises at least one cover layer ( 108 ) which, in the assembled state of the seal ( 100 ), is arranged between the seal layer ( 102 ) containing the second metallic material and the component (116 ) containing the first metallic material and a contains a third metallic material that is more noble than the first metallic material and is less noble than the second metallic material.
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