DE10065201B4

DE10065201B4 - Dichtung

Info

Publication number: DE10065201B4
Application number: DE2000165201
Authority: DE
Inventors: Hans Rainer Dr. Zerfass; Armin Diez
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2000-12-20
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: DE10065201A1; DE20023733U1

Abstract

Dichtung zur Anordnung zwischen zwei abzudichtenden Bauteilen (116, 118), von denen mindestens eines (116) ein erstes metallisches Material enthält, welches unedler ist als Aluminium,
umfassend mindestens eine äußere Dichtungslage (102), die ein zweites metallisches Material enthält, welches edler ist als das erste metallische Material, wobei diese äußere Dichtungslage (102) im montierten Zustand der Dichtung (100) an dem das erste metallische Material enthaltenden Bauteil (116) anliegt,
wobei die äußere Dichtungslage (102) auf ihrer im montierten Zustand dem das erste metallische Material enthaltenden Bauteil (116) zugewandten Seite mit einer elektrisch isolierenden Schicht (126) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrisch isolierende Schicht (126) aus einem Material gebildet ist, das im Betriebszustand der Dichtung (100) so durchriebfest und verdrängungsbeständig ist, dass das erste metallische Material des das erste metallische Material enthaltenden Bauteils (116) und das zweite metallische Material der äußeren Dichtungslage (102) während des Betriebs der Dichtung (100) nicht...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung zur Anordnung zwischen zwei abzudichtenden Bauteilen, von denen mindestens eines ein erstes metallisches Material enthält, welches unedler ist als Aluminium, umfassend mindestens eine äußere Dichtungslage, die ein zweites metallisches Material enthält, welches edler ist als das erste metallische Material, wobei diese äußere Dichtungslage im montierten Zustand der Dichtung an dem das erste metallische Material enthaltenden Bauteil anliegt.
Eine solche Dichtung kann insbesondere eine Zylinderkopfdichtung zur Anordnung zwischen einem Zylinderkopf und einem Motorblock eines Verbrennungsmotors sein, wobei beispielsweise der Zylinderkopf eine Magnesium-Legierung enthält und die Zylinderkopfdichtung mindestens eine im montierten Zustand der Dichtung an dem die Magnesium-Legierung enthaltenden Zylinderkopf anliegende gesickte Funktionslage aufweist, die zur Gewährleistung einer ausreichenden Federelastizität der abdichtenden Sickenlinien eine Blechlage aus Federstahl umfaßt.
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 erforderliche Mikroabdichtung zu gewährleisten.
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 Federstahl-Blechlage der Funktionslage kommen kann.
Aufgrund des erheblichen Potentialunterschieds in der elektrochemischen Spannungsreihe zwischen der Magnesium-Legierung und dem in der Funktionslage verwendeten Federstahl kann dieser metallische Kontakt eine Kontaktkorrosion zur Folge haben.
Zur besseren Übersicht werden im folgenden einige Werte aus der elektrochemischen Spannungsreihe angegeben, wobei als Bezugsgröße (Nullpunkt) das Potential der Wasserstoffnormalelektrode dient:

- Mg/Mg²⁺ -2,37 V

- Al/Al³⁺ -1,66 V ohne Oxidhaut (-0,50 V mit Oxidhaut)

- Zn/Zn²⁺ -0,76 V

- Cr/Cr²⁺ -0,56 V

- Fe/Fe²⁺ -0,44 V

- Ni/Ni²⁺ -0,24 V.
Aufgrund seiner Stellung in der Spannungsreihe ist bei Magnesium 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.
Im Sinne dieser Beschreibung gilt ein metallisches Material als edler als ein anderes metallisches Material, wenn sein elektrochemisches Potential höher liegt als das elektrochemische 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.
Zur Kontaktkorrosion kommt es, wenn einerseits metallische Materialien mit unterschiedlichem elektrochemischem Potential in elektrisch leitendem Kontakt miteinander stehen und andererseits beide Materialien mit einem Elektrolyten (beispielsweise einem aus Wasser bestehenden Feuchtigkeitsfilm) in Kontakt stehen.
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.
Ist die Potentialdifferenz zwischen den beiden metallischen Materialien ausreichend groß, so laufen in dem Korrosionselement die folgenden Vorgänge ab:

– Das als Anode wirkende unedlere metallische Material (beispielsweise die Magnesium-Legierung) löst sich gemäß der Oxidationsreaktion Me → Me²⁺ + 2 e^– auf, wobei die Me²⁺-Ionen im Elektrolyten in Lösung gehen.
– Die von der Oxidationsreaktion an der Grenzfläche zwischen dem unedleren metallischen Material und dem Elektrolyten gelieferten Elektronen werden über die elektrisch leitfähige Verbindung (beispielsweise den metallischen Kontakt) an das edlere metallische Material geliefert.
– An der Grenzfläche zwischen dem als Kathode wirkenden edleren metallischen Material (beispielsweise dem Federstahl) und dem Elektrolyten läuft eine Reduktionsreaktion ab, in welcher die zugelieferten Elektronen verbraucht werden. Diese Reduktionsreaktion kann beispielsweise eine Wasserstoffentwicklung gemäß der Reaktionsgleichung 2 H⁺ + 2 e^– → H₂ oder eine Sauerstoffreduktion gemäß der Reaktionsgleichung O₂ + 2 H₂O + 4 e^– → 4 OH^– sein.

Korrosionsreaktionen, die zu einer Auflösung des unedleren metallischen Materials und zur Bildung von aggressivem Wasserstoff führen, können demnach immer dann auftreten, wenn zwei metallische Materialien mit ausreichender Potentialdifferenz (beispielsweise Magnesium und Eisen) miteinander in elektrisch leitfähigem Kontakt stehen und zugleich beide mit demselben Elektrolyten (beispielsweise einem Feuchtigkeitsfilm) in Kontakt stehen.
Ist somit der metallische Kontakt zwischen einer Magnesium-Legierung und einer Federstahl-Blechlage erst einmal hergestellt, 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, beispielsweise aufgrund von Feuchtigkeit, die bei einer Motorreinigung in den Bereich der Sicken der Dichtung gelangt.

Die DE 197 04 315 A1 offenbart eine Dichtung zur Anordnung zwischen abzudichtenden Bauteilen, die aus einem Leichtbauwerkstoff, insbesondere Aluminium und Magnesium, hergestellt sein können.

Die DE 197 25 985 C2 offenbart eine metallische Zylinderkopfdichtung, die an einer Außenfläche mit einer Mikroabdichtungsschicht versehen ist, die aus einem polymeren, einen Füllstoff enthaltenden Kunststoffmaterial besteht, wobei die Mikroabdichtungsschicht mit einem Füllstoff aus in dem als Bindemittel verwendeten Kunststoffmaterial eingebetteten harten Körnern gefüllt ist, um den durch Relativbewegungen parallel zur Dichtungsoberfläche bewirkten Verschleiß wesentlich zu vermindern.

Die EP 0 701 051 A1 offenbart eine Dichtung mit einer elastischen Metallplatte, die mit einer an einem abzudichtenden Bauteil anliegenden Beschichtung aus Acrylsilikon und einer zwischen der Beschichtung aus Acrylsilikon und der Metallplatte liegenden Schicht aus Fluorkautschuk versehen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine geringe Neigung zur Kontaktkorrosion aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Dichtung nach Anspruch 1 gelöst, bei der die äußere Dichtungslage auf ihrer im montierten Zustand dem das erste metallische Material enthaltenden Bauteil zugewandten Seite mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist, welche aus einem Material gebildet ist, das im Betriebszustand der Dichtung so durchriebfest und verdrängungsbeständig ist, daß das erste metallische Material des das erste metallische Material enthaltenden Bauteils und das zweite metallische Material der äußeren Dichtungslage während des Betriebs der Dichtung nicht direkt miteinander in Kontakt kommen, und wobei die äußere Dichtungslage eine im montierten Zustand der Dichtung zwischen der elektrisch isolierenden Schicht und dem das erste metallische Material enthaltenden Bauteil angeordnete Schicht aus einem elastomeren Material umfaßt.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt das Konzept zugrunde, das erste metallische Material und das zweite metallische Material im Betriebszustand der Dichtung zuverlässig voneinander elektrisch isoliert zu halten, so daß – selbst bei Anwesenheit eines Elektrolyten (beispielsweise eines Feuchtigkeitsfilms) – keine Kontaktkorrosion auftreten kann, da aufgrund der elektrisch isolierenden Schicht kein Ladungsausgleich zwischen dem ersten metallischen Material und dem zweiten metallischen Material möglich ist, so daß die Korrosionsreaktionen, welche einen solchen Ladungsausgleich voraussetzen, nicht ablaufen können.

Dabei kann das Material der elektrisch isolierenden Schicht bereits vor dem Einbau der Dichtung die erforderliche Durchriebfestigkeit und Verdrängungsbeständigkeit aufweisen.

Alternativ hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, daß das Material der elektrisch isolierenden Schicht sich erst unter den Betriebsbedingungen der Dichtung so verändert, daß es die erforderliche Durchriebfestigkeit und Verdrängungsbeständigkeit erhält. Dies kann beispielsweise bei der Verwendung eines elektrisch isolierenden Materials der Fall sein, welches zunächst als unvernetztes Vormaterial vorliegt und erst bei einer Temperaturerhöhung aushärtet oder ausvulkanisiert.

Ein elektrischer Kontakt zwischen den beiden galvanisch unverträglichen Materialien wird besonders wirksam dann verhindert, wenn das Material der elektrisch isolierenden Schicht so durchriebfest und verdrängungsbeständig ist, daß die mittlere Schichtdicke der elektrisch isolierenden Schicht während des Betriebs der Dichtung nicht unter einen Mindestwert von ungefähr 2 μm absinkt.

Als ausreichend durchriebs- und verdrängungsfest haben sich insbesondere solche elektrisch isolierende Materialien erwiesen, die das folgende Setzverhalten aufweisen: Bei einer senkrechten Druckbelastung eines kreisringförmigen Belastungsbereichs einer gleichförmigen, ebenen Schicht des Materials mit einer anfänglichen mittleren Schichtdicke von 24 μm, wobei der Belastungsbereich einen Außendurchmesser von 65,4 mm und einen Innendurchmesser von 64,6 mm aufweist und die Belastung 400 MPa beträgt, verringert sich die Schicht dicke des Materials im Belastungsbereich nach einer Belastungsdauer von ungefähr einer Stunde bei einer Temperatur von ungefähr 21°C um höchstens ungefähr 4 μm.

Diese Druckbelastung wird unter Verwendung eines hohlzylindrischen Druckstempels mit einem Außendurchmesser von 65,4 mm, einem Innendurchmesser von 64,6 mm und ebener, senkrecht zur Zylinderachse verlaufender Stirnfläche, welche gegen eine auf einem ebenen Blech angeordnete Schicht des zu prüfenden Materials angepresst wird, durchgeführt, und zwar mit senkrecht zur Blechebene verlaufender Zylinderachse und einer solchen Druckkraft, dass sich im Bereich der kreisringförmigen Druckstempel-Stirnfläche eine zeitlich konstante Druckbelastung der Beschichtung von 400 MPa ergibt.

Besonders geeignet sind solche Materialien, bei denen sich die Schichtdicke des Materials unter den vorstehend genannten Bedingungen nach einer Belastungsdauer von ungefähr einer Stunde bei einer Temperatur von ungefähr 21°C um höchstens ungefähr 2 μm verringert.

Bei den elektrisch isolierenden Materialien mit ausreichender Durchriebs- und Verdrängungsfestigkeit handelt es sich häufig um harte Materialien, welche nur eine geringe Anpassungsfähigkeit an Unebenheiten und Poren der abzudichtenden Bauteile aufweisen.

Um eine möglichst gute Mikroabdichtung zwischen der äußeren Dichtungslage und dem das erste metallische Material enthaltenden Bauteil aufrechtzuerhalten, umfasst die äußere Dichtungslage eine im montierten Zustand der Dichtung zwischen der elektrisch isolierenden Schicht und dem das erste metallische Material enthaltenden Bauteil angeordnete Schicht aus einem elastomeren Material.

Als elastomeres Material für diese Elastomerschicht kommt jedes elastomere Dichtungsmaterial in Betracht, welches eine ausreichende Anpassungsfähigkeit an Unebenheiten oder Poren in der Oberfläche des angrenzenden Bauteils aufweist.

Insbesondere kommen als Material für die Elastomerschicht ein Fluorkautschuk (FPM) und/oder ein Nitrilbutadienkautschuk (NBR) in Frage.

Die erfindungsgemäß erzielte Verringerung der Korrosionsneigung ist dann besonders nützlich, wenn das zweite metallische Material edler ist als Aluminium.

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.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf Zylinderkopfdichtungen; 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 unedler ist als Aluminium.

Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Dichtung zur Anordnung zwischen abzudichtenden Bauteilen eines Verbrennungsmotors.

Außer einer Zylinderkopfdichtung kommt hierbei insbesondere auch eine Ansaugkrümmerdichtung oder eine Kurbelgehäusedichtung in Betracht.

Das Bauteil, welches das erste metallische Material enthält, kann dabei beispielsweise ein Motorblock, ein Zylinderkopf oder ein Kurbelgehäuse sein.

Die erfindungsgemäße Dichtung ist vorzugsweise als Flachdichtung ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Dichtung kann ein- oder mehrlagig ausgebildet sein.

Der Begriff "äußere Dichtungslage" umfaßt in dieser Beschreibung auch den Fall, daß diese "äußere Dichtungslage" die einzige Lage der Dichtung ist.

Diese äußere Dichtungslage kann im wesentlichen plan oder gesickt sein.

Hei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die äußere Dichtungslage als Funktionslage ausgebildet und mit mindestens einer Sicke versehen ist.

Da ein Durchreiben einer auf einer solchen Funktionslage angeordneten elektrisch isolierenden Elastomerbeschichtung insbesondere im Bereich der abdichtenden Sickenlinien erfolgt, ist es von Vorteil, wenn die Beschichtung aus dem dritten metallischen Material zumindest den Bereich der abdichtenden Sickenlinien, vorzugsweise den gesamten Bereich einer Sicke, überdeckt.

Wie bereits ausgeführt, ist die Erfindung besonders vorteilhaft anwendbar, wenn das erste metallische Material eine Magnesium-Legierung ist.

Eine geeignete Magnesium-Legierung, die für den Einsatz im Motor ausreichende Korrosionsbeständigkeit bietet, ist beispielsweise die Magnesium-Druckguss-Legierung AZ91hp (mit der Zusammensetzung: 8,0 bis 9,5 Gewichts-% Al, 0,3 bis 1,0 Gewichts-% 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 Silizium zulässig sind.

Anspruch 9 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 angeordnete erfindungsgemäße Dichtung umfasst.

Ein Weg zur Ausführung der Erfindung im einzelnen ist Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine ausschnittsweise Draufsicht auf eine Zylinderkopfdichtung;
2 einen schematischen Schnitt durch die mehrlagige Dichtung aus 1 und durch zwei an die Dichtung angrenzende Bauteile (Motorblock und Zylinderkopf) im Bereich von Sicken der Funktionslagen der Dichtung;
3 eine schematische perspektivische Darstellung der oberen Funktionslage der Dichtung aus den 1 und 2; und
4 ein Schaubild, das das Setzverhalten dreier verschiedener Materialien darstellt.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Eine in den 1 bis 3 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Zylinderkopfdichtung weist beispielsweise einen dreilagigen Aufbau auf, mit einer oberen Funktionslage 102, einer unteren Funktionslage 104 und einer zwischen den beiden Funktionslagen angeordneten Trägerlage 106.
Die Zylinderkopfdichtung 100 weist mehrere Durchgangsöffnungen, beispielsweise Brennraum-Durchgangsöffnungen 108 und Fluid-Durchgangsöffnungen 110 sowie Befestigungsmittel-Durchgangsöffnungen 112 auf.
Zur Abdichtung dieser Durchgangsöffnungen sind die Funktionslagen 102, 104 der Zylinderkopfdichtung 100 mit Sicken 114 versehen, welche die jeweilige Durchgangsöffnung umgeben.
Diese Sicken 114 können als Vollsicke (mit einem Querschnitt, der einem abgeflachten U entspricht) oder als Halbsicke (mit einem Querschnitt, der einem abgeflachten Z entspricht) ausgebildet sein.
Bei den in den 2 und 3 dargestellten Sicken handelt es sich um Vollsicken mit einem zentralen Sickenkamm 115 und seitliche Begrenzungen der Sicken bildenden Sickenfüßen 117.
Die Zylinderkopfdichtung 100 wird zwischen einem ersten Bauteil 116, beispielsweise einem Zylinderkopf, welches beispielsweise aus einer Magnesium-Legierung gebildet ist, und einem zweiten Bauteil 118, beispielsweise einem Motorblock, angeordnet und bildet zusammen mit den Bauteilen 116 und 118 eine Bauteilgruppe 120.
Der Aufbau der oberen Funktionslage 102 im Bereich einer Sicke 114 ist in 3 im einzelnen dargestellt.
Damit die Sicke 114 in einfacher Weise in die Funktionslage 102 eingeprägt werden kann und im Betrieb des Motors ausreichende federelastische Eigenschaften aufweist, umfaßt die Funktionslage 102 eine Blechlage 122 aus Federstahl.
An ihrer im eingebauten Zustand der Dichtung dem ersten Bauteil 116 zugewandten Hauptoberfläche ist die Blechlage 122 mit mehreren aufeinanderfolgenden, im folgenden im einzelnen beschriebenen Beschichtungen versehen.
Die erste, direkt auf der Blechlage 122 angeordnete Beschichtung ist eine Haftvermittlungsschicht 124, deren Dicke beispielsweise ungefähr 1 μm beträgt.
Die Haftvermittlungsschicht 124 dient dazu, der darauffolgenden Isolationsschicht 126 einen ausreichenden Halt auf der Blechlage 122 zu vermitteln.
Als Haftvermittlungsmaterial kommt insbesondere ein handelsübliches aminosilanhaltiges Haftmittel in Betracht.
Auf die Haftvermittlungsschicht 124 folgt die bereits erwähnte Isolationsschicht 126, welche eine Dicke von beispielsweise ungefähr 4 μm bis ungefähr 6 μm aufweist.
Aufgabe der Isolationsschicht 126 ist es, die Blechlage 122 der oberen Funktionslage 102 zuverlässig elektrisch von dem ersten Bauteil 116 zu isolieren, so daß kein elektrischer Ladungsaustausch zwischen der Blechlage 122 und dem ersten Bauteil 116 erfolgen kann.
Damit die Isolationsschicht 126 an keiner Stelle der Funktionslage 102 vollständig abgetragen wird und insbesondere nicht von den abdichtenden Sickenlinien (Sickenfüße 117) verdrängt wird, wenn sich die Funktionslage 102 und das erste Bauteil 116 im Betrieb des Motors relativ zueinander bewegen, wird für die Isolationsschicht 126 ein Material gewählt, welches durchriebsfest und verdrängungsfest ist.
Als durchriebs- und verdrängungsfest erweisen sich insbesondere solche elektrisch isolierenden Materialien, die das folgende Setzverhalten aufweisen:
Bei einer senkrechten Belastung eines kreisringförmigen Belastungsbereichs einer gleichförmigen, ebenen Schicht des Materials mit einer anfänglichen mittleren Schichtdicke von 24 μm, wobei der Belastungsbereich einen Außendurchmesser von 65,4 mm und einen Innendurchmesser von 64,6 mm aufweist und die Belastung 400 MPa beträgt, verringert sich die Schichtdicke des Materials im Belastungsbereich nach einer Belastungsdauer von ungefähr einer Stunde bei einer Temperatur von ungefähr 21°C um höchstens ungefähr 4 μm.
Das gemäß der vorstehenden Versuchsbedingungen ermittelte Setzverhalten bei Raumtemperatur (21°C) bei einer konstanten Pressung von 400 MPa über einen Zeitraum von einer Stunde ist für drei verschiedene elektrisch isolierende Materialien in 4 dargestellt. Unter dem "Setzbetrag" ist dabei die Abnahme der mittleren Schichtdicke zu verstehen.
Das Material I, dessen Setzverhalten durch die Kurve 128 in 4 wiedergegeben ist, zeigt während der Belastungsdauer von einer Stunde innerhalb der Meßgenauigkeit keine Verringe rung der Schichtdicke und ist daher besonders zum Einsatz als Material der Isolationsschicht 126 geeignet.
Bei diesem Material I handelt es sich um ein Harz, das aus einer Lösung mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt ist:

Epoxidharz (fest) 75 g

Phenolharz (65 %ig in Butanol) 38,5 g

Butoxyl 100,0 g

(Um eine kleinere oder größere Menge dieser Lösung herzustellen, werden die Mengen der Bestandteile im gleichen Verhältnis variiert.)
Diese Lösung wird durch Aufsprühen, Aufspritzen, Aufwalzen, Auftragen im Siebdruckverfahren oder durch ein anderes geeignetes Verfahren als Vormaterial der Isolationsschicht 126 auf die Blechlage 122 mit der Haftvermittlungsschicht 124 aufgetragen. Anschließend wird das Vormaterial der Isolationsschicht 126 getrocknet und durch Erwärmung ausgehärtet.
Die Materialien II und III, deren Setzverhalten in 4 durch die Kurven 130 bzw. 132 wiedergegeben ist, sind elastomere Materialien, die aus einem Vormaterial mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt werden:

Fluorkautschuk (quaternäres Polymer mit 100 phr

67 Gewichts-% Fluor-Gehalt)

Ruß N990 10-40 phr

Zinkoxid 2-6 phr

Triallylisocyanurat (TAIC) 1-4 phr

Peroxid 1-4 phr.
Die Abkürzung "phr" bedeutet hierbei (wie üblich) "pro hundert Teile Kautschuk" (per hundred parts rubber).
Auch dieses Vormaterial wird durch Aufsprühen, Aufspritzen, Aufwalzen, Auftragen im Siebdruckverfahren oder mittels eines anderen geeigneten Auftragsverfahrens auf die Blechlage 122 mit der Haftvermittlungsschicht 124 aufgetragen. Anschließend wird die Isolationsschicht 126 durch Trocknen und Vulkanisieren des Vormaterials gebildet.
Im Falle des Materials II liegt der Gehalt des Vormaterials an Ruß N990, an TAIC und an Peroxid an der oberen Grenze der vorstehend genannten Intervalle. Da ein erhöhter Gehalt an diesen Stoffen den Vernetzungsgrad, den das Material beim Vulkanisieren erreicht, erhöht, zeigt dieses Material II nach einer Belastungsdauer von einer Stunde eine Verringerung der Schichtdicke von lediglich ungefähr 2,7 μm und ist somit als Material für die Isolationsschicht 126 geeignet.
Besonders geeignet sind Materialien mit einer ähnlichen Zusammensetzung wie das Material II, die zusätzlich einen mine ralischen Füllstoff, beispielsweise Wollastonit oder Kieselsäure, enthalten.
Im Falle des Materials III liegt der Gehalt des Vormaterials an Ruß N990, an TAIC und an Peroxid an der unteren Grenze der vorstehend genannten Intervalle. Dieses Material III erreicht beim Vulkanisieren daher nur einen geringeren Vernetzungsgrad und zeigt nach einer Belastungsdauer von einer Stunde eine Verringerung der Schichtdicke um ungefähr 12,8 μm. Dieses Material III ist somit als Material für die Isolationsschicht 126 ungeeignet.
Ein weiteres, als Material für die Isolationsschicht 126 geeignetes Material wird erhalten, indem 332 g einer Harz-Lösung der vorstehend im Zusammenhang mit dem Material I genannten Zusammensetzung mit einer Nitrilbutadienkautschuk-Lösung der folgenden Zusammensetzung gemischt wird:

Nitrilbutadienkautschuk (NBR) 100 g

Ruß N550 30 g

Wollastonit 30 g

Titandioxid 20 g

Zinkoxid 5 g

Triallylisocyanurat (TAIC) 4 g

Peroxid (45 %ig) 8,9 g

Butoxyl 660 g.
Das durch Mischung der beiden Lösungen hergestellte Vormaterial wird durch Aufsprühen, Aufspritzen, Aufwalzen, Auftragen im Siebdruckverfahren oder mittels eines anderen geeigneten Auftragsverfahrens auf die Blechlage 122 mit der Haftvermittlungsschicht 124 aufgetragen. Anschließend wird durch Trocknen und Vulkanisieren des Vormaterials die Isolationsschicht 126 gebildet.
Auf die Isolationsschicht 126 folgt eine Elastomerschicht 134, welche eine Dicke von beispielsweise ungefähr 18 μm bis ungefähr 28 μm aufweist.
Aufgabe der Elastomerschicht 134 ist es, die Mikroabdichtung zwischen der Funktionslage 102 und dem angrenzenden ersten Bauteil 116 sicherzustellen.
Für die Elastomerschicht 134 kann jedes elastomere Dichtungsmaterial verwendet werden, welches für den Einsatz bei Dichtungen bekannt ist und eine ausreichende Anpassungsfähigkeit an Unebenheiten oder Poren in der Oberfläche des ersten Bauteils 116 aufweist.
Insbesondere kommen als Material für die Elastomerschicht 134 ein Fluorkautschuk (FPM) und/oder ein Nitrilbutadienkautschuk (NBR) in Frage.
Auf der Elastomerschicht 134 ist schließlich als letzte Schicht eine Antihaftschicht 136 angeordnet, welche eine Dicke von beispielsweise ungefähr 3 μm bis ungefähr 5 μm aufweist.
Als Material für die Antihaftschicht kommt insbesondere ein handelsübliches Polyethylen-Wachs-Material in Betracht.
Der in 3 dargestellte gestufte Aufbau der Schichten 124, 126, 134 und 136 dient lediglich der Illustration und gibt nicht irgendwelche tatsächlichen Begrenzungen der vorstehend genannten Schichten wieder.
Vielmehr kann vorgesehen sein, daß die Funktionslage 102 vollflächig mit den vorstehend genannten Schichten beschichtet ist.
Zumindest jedoch ist der Bereich der Sicke 114 vollständig von den genannten Schichten überdeckt.
Die Haftvermittlungsschicht 124 und/oder die Antihaftschicht 136 können auch entfallen.
Die untere Funktionslage 104 kann insbesondere spiegelbildlich zu der oberen Funktionslage 102 ausgebildet sein.
Die Trägerlage 106 der Zylinderkopfdichtung 100 kann aus einem beliebigen metallischen Material hergestellt sein. Ferner kann diese Trägerlage 106 im wesentlichen eben und ungesickt sein oder aber ebenfalls mit Sicken versehen sein.
Wird die vorstehend beschriebene Zylinderkopfdichtung zwischen dem ersten Bauteil 116 (Zylinderkopf) und dem zweiten Bauteil 118 (Motorblock) angeordnet und der Motor in Betrieb genommen, so wird aufgrund der Relativbewegung zwischen der oberen Funktionslage 102 und dem ersten Bauteil 116 schon nach kurzer Betriebszeit des Motors die Elastomerschicht 134 zusammen mit der Antihaftschicht 136 von den abdichtenden Sicken 114 verdrängt, so daß das erste Bauteil 116 aus einer Magnesium-Legierung in Kontakt mit der Isolationsschicht 126 gelangt.
Die Isolationsschicht 126 ist jedoch beständig gegen ein Durchreiben oder eine Verdrängung von den abdichtenden Sicken 114, so daß die Isolationsschicht 126 nicht oder zumindest nicht vollständig abgetragen wird und daher kein metallischer Kontakt zwischen dem ersten Bauteil 116 aus einer Magnesium-Legierung und der Blechlage 122 aus Federstahl entstehen kann.
Auch dann, wenn das erste Bauteil 116 und die Blechlage 122 mit einem Feuchtigkeitsfilm als Elektrolyten in Kontakt stehen sollten, so tritt dennoch keine Kontaktkorrosion auf, da aufgrund der elektrisch isolierenden Isolationsschicht 126 kein Ladungsausgleich zwischen dem ersten Bauteil 116 und der Blechlage 122 möglich ist, so daß die Korrosionsreaktionen, welche einen solchen Ladungsausgleich voraussetzen, nicht ablaufen können.

Claims

Dichtung zur Anordnung zwischen zwei abzudichtenden Bauteilen (116, 118), von denen mindestens eines (116) ein erstes metallisches Material enthält, welches unedler ist als Aluminium, umfassend mindestens eine äußere Dichtungslage (102), die ein zweites metallisches Material enthält, welches edler ist als das erste metallische Material, wobei diese äußere Dichtungslage (102) im montierten Zustand der Dichtung (100) an dem das erste metallische Material enthaltenden Bauteil (116) anliegt, wobei die äußere Dichtungslage (102) auf ihrer im montierten Zustand dem das erste metallische Material enthaltenden Bauteil (116) zugewandten Seite mit einer elektrisch isolierenden Schicht (126) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (126) aus einem Material gebildet ist, das im Betriebszustand der Dichtung (100) so durchriebfest und verdrängungsbeständig ist, dass das erste metallische Material des das erste metallische Material enthaltenden Bauteils (116) und das zweite metallische Material der äußeren Dichtungslage (102) während des Betriebs der Dichtung (100) nicht direkt miteinander in Kontakt kommen, und dass die äußere Dichtungslage (102) eine im montierten Zustand der Dichtung (100) zwischen der elektrisch isolierenden Schicht (126) und dem das erste metallische Material enthaltenden Bauteil (116) angeordnete Schicht (134) aus einem elastomeren Material umfasst.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der elektrisch isolierenden Schicht (126) so durchriebfest und verdrängungsbeständig ist, dass die mittlere Schichtdicke der elektrisch isolierenden Schicht (126) während des Betriebs der Dichtung (100) nicht unter einen Mindestwert von 2 μm absinkt.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (126) aus einem Material gebildet ist, das das folgende Setzverhalten aufweist: bei einer senkrechten Druckbelastung eines kreisringförmigen Belastungsbereichs einer gleichförmigen, ebenen Schicht des Materials mit einer anfänglichen mittleren Schichtdicke von 24 μm, wobei der Belastungsbereich einen Außendurchmesser von 65,4 mm und einen Innendurchmesser von 64,6 mm aufweist und die Belastung 400 MPa beträgt, verringert sich die Schichtdicke des Materials im Belastungsbereich nach einer Belastungsdauer von ungefähr einer Stunde bei einer Temperatur von ungefähr 21°C um höchstens ungefähr 4 μm, vorzugsweise um höchstens ungefähr 2 μm.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite metallische Material edler ist als Aluminium.
Dichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite metallische Material ein Federstahl ist.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Dichtungslage (102) als Funktionslage ausgebildet und mit mindestens einer Sicke (114) versehen ist.
Dichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (126) zumindest den Bereich der abdichtenden Sickenlinien (117) überdeckt.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste metallische Material eine Magnesium-Legierung ist.
Bauteilgruppe, umfassend ein erstes Bauteil (116), das ein erstes metallisches Material enthält, welches unedler ist als Aluminium, ein zweites Bauteil (118) und eine zwischen dem ersten Bauteil (116) und dem zweiten Bauteil (118) angeordnete Dichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.