DE102004045143A1

DE102004045143A1 - Multifunktionale Dichtung

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Publication number: DE102004045143A1
Application number: DE102004045143A
Authority: DE
Inventors: Kenji Matsumoto; Eiji Tomita; Sadami Yoshiyama
Original assignee: Uchiyama Manufacturing Corp
Current assignee: Uchiyama Manufacturing Corp
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2024-09-18
Also published as: DE102004045143B4; JP2005090722A; US20050110222A1

Abstract

Es wird eine multifunktionale Dichtung (1) angegeben zum Abdichten eines Zwischenraums zwischen zwei Objekten (5, 6), zwischen denen sie angeordnet ist, wobei die Dichtung eine erste Grundplatte (1A) und eine zweite Grundplatte (1B) mit einer metallischen Grundplatte, die integral daran gebildet ist, aufweist. Die erste Grundplatte (1A) weist folgendes auf: eine leitfähige metallische Grundplattenschicht (2), die mit einem ersten und einem zweiten vorspringenden Bereich (21, 22) und einem Öffnungsbereich (11) entsprechend einem Hohlraum der beiden Objekte (5, 6) ausgebildet ist; Isolationsschichten (3), die integral an der oberen und der unteren Oberfläche der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht (2) mit Ausnahme des ersten und des zweiten vorspringenden Bereichs (21, 22) sowie des Öffnungsbereichs (11) ausgebildet sind; und Mikrodichtungs-Überzugsschichten (4), die auf obere und untere Oberflächen der Isolationsschichten (3) aufgebracht sind, während die zweite Grundplatte (1B) um den Öffnungsbereich (11) herum mit einer ringförmigen Wulststruktur (73) versehen ist, die durch teilweises Biegen um sich selbst gebildet ist. Die Dichtung (1) wird so verwendet, daß der erste vorspringende Bereich (21) zu dem Öffnungsbereich (11) hin drückt, während der zweite vorspringende Bereich (22) zu ihrer Außenseite hin freiliegt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine multifunktionale Dichtung, die zwischen zwei Objekten angeordnet wird, die einen abzudichtenden Raum bilden, etwa zwischen einem Zylinderkopf und einem Zylinderblock eines Motors, um den Zwischenraum zwischen zwei Objekten bzw. den Raum abzudichten, wobei die Dichtung fähig ist, Informationen, wie die Temperatur, den Druck, den Verbrennungszustand (die Verbrennungsdauer), die Vibration, ferner die Dichte, die Konzentration oder die Komponente von Gas oder Flüssigkeit in dem Raum in Form elektrischer Signale abzuleiten, und außerdem fähig ist, Zusatzenergie für die Verbrennung usw. zusätzlich zur Abdichtung des Raums zu liefern.

Es ist bereits eine Dichtung bekannt, in der ein Detektierkörper vom Einlagen- oder Sondentyp isoliert und eingebettet ist, und eine solche Dichtung wird unter Druck zwischen einen Zylinderkopf und einen Zylinderblock eingefügt, um eine Flamme direkt zu detektieren, die sich in dem Brennraum in einem Kraftfahrzeugmotor und dergleichen ausbreitet. (Beispielsweise wird in der Druckschriften JP-A-63-066 431 und in der JP-A-04-308 339 eine solche Dichtung vorgeschlagen und beschrieben.) Diese Art von Dichtung, d. h. eine Dichtung, in die ein Ionensensor eingebettet ist, wird unter Druck zwischen den Zylinderkopf und den Zylinderblock eingesetzt und übt an sich eine Abdichtfunktion als Dichtung aus, detektiert jedoch auch den Verbrennungszustand in dem Brennraum, indem das Vorderende der Elektrode als Ionensensorfläche ausgebildet ist, eine Spannung zwischen die Elektrode und den Zylinderkopf oder den Zylinderblock angelegt wird und der Strom in dem Augenblick gemessen wird, in dem die Flamme das Ende der Elektrode erreicht.

Der oben beschriebene Ionensensor ist in die Dichtung eingebettet, die unter Druck zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock eingebaut ist, so daß die Einbauposition des Ionensensors nicht beschränkt ist und der Verbrennungszustand in einem gewünschten Bereich präzise detektiert werden kann. Daher wird eine solche Art von Dichtung auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugmotoren usw. in großem Umfang verwendet.

Die in der JP-B-06-084 785 angegebene Dichtung ist keine Dichtung, in die ein Ionensensor eingebettet ist, sondern ist eine Dichtung aus einer Metallplatte, die mit einer Verbundschicht beschichtet ist, die ein unbehandeltes Glasfasermaterial, ein Kautschukmaterial, ein anorganisches Füllmaterial oder dergleichen darauf aufweist.

Diese Art von Dichtung wird nicht nur für Motoren, sondern auch anderweitig vielfach verwendet, weil sie einen überlegenen Dichtungswirkungsgrad und Wärmewiderstand hat, durch die Verstärkungsfunktion einer Metallplatte eine Verschiebung des Kautschukmaterials aufgrund der unbehandelten Glasfasern verhindert, eine Funktion des Verhinderns von Ablösung hat usw.

Wenn eine solche Dichtung, in die ein Ionensensor, wie oben erwähnt, eingebettet ist, unter Druck zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock angeordnet ist, muß die Abdichtfunktion für Gas um eine Zylinderbohrung herum durch Erhöhen des Einstelldrucks an der oberen und der unteren Oberfläche der Dichtung erhalten bleiben. Wenn man jedoch versucht, den Einstelldruck der Dichtung zu erhöhen, würde in der Dichtung (der isolierenden Abdichtungsschicht) ein Riß usw. hervorgerufen werden, so daß die Isolation des Ionensensors, der in die Dichtung eingebettet ist, wegen der Dicke der Elektrode verschlechtert würde.

Es wurde daher vorgeschlagen, einen Riß dadurch zu verhindern, daß die Elektrode des Ionensensors möglichst schmal oder dünn ausgebildet wird. Bei einer derart schmalen Elektrode kann jedoch deren vorderstes Ende an der Seite des Brennraums durch Flammen zum Schmelzen gebracht werden, und ein Motor kann durch Frühzündungserscheinungen zerstört werden, die dadurch hervorgerufen werden, daß sich das vorderste Ende in eine Zündquelle verwandelt.

Eine Dichtung, in die ein Ionensensor eingebettet ist (vom Durchführungstyp) und bei der die oben erwähnte Elektrode vom Einlagen- oder Sondentyp verwendet wird, ist ferner mit dem Problem behaftet, daß die Produktionskosten höher sind, weil der Ionensensor als Teil ausgebildet ist, das fakultativ an einer Dichtung angebracht werden kann.

Die eine Metallplatte verwendende Dichtung gemäß der JP-B-06-084 785 hat gute Abdichtfähigkeit und gute Wärmebeständigkeit, und es besteht keine Gefahr der Rißbildung in der Verbundschicht aufgrund der Verstärkungsfunktion einer unbehandelten Glasfaser. Die elektrische Leitfähigkeit der Metallplatte oder die elektrische Isolationsfähigkeit der Verbundschicht wurden jedoch nicht in Betracht gezogen, so daß eine solche Dichtung nicht als Dichtung mit einer Ionensensorfunktion verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung wird vorgeschlagen, um die oben angesprochenen Probleme zu lösen, und die Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer multifunktionalen Dichtung nicht nur für Motoren, sondern auch für Maschinen, die verschiedene Dichtungen benötigen, wobei deren Abdichtfähigkeit bevorzugt erhalten bleibt, die erwähnten Risse und dergleichen nicht verursacht werden, die elektrische Information in dem abzudichtenden Raum bevorzugt als elektrische Signale herausgeführt wird, eine elektrische Operation hinzugefügt ist, indem elektrische Energie oder elektrische Signale in den Raum oder dergleichen geliefert werden, und außerdem eine Vielzweckfunktion zur Steuerung des Motors und anderer Einrichtungen, die verschiedene Arten von Abdichtung benötigen, erzielt wird.

Eine Dichtung gemäß der Erfindung zur Lösung der genannten Probleme wird nachstehend angegeben.

Dabei ist eine Dichtung gemäß der Erfindung eine multifunktionale Dichtung zum Abdichten eines Zwischenraums zwischen zwei Objekten, indem sie zwischen diesen angeordnet wird, wobei die Dichtung eine erste Grundplatte und eine zweite Grundplatte einschließlich einer metallischen Grundplatte aufweist, die integral daran ausgebildet ist, wobei die erste Grundplatte folgendes aufweist: eine leitfähige metallische Grundplattenschicht, die mit einem ersten und einem zweiten vorspringenden Bereich und einem Öffnungsbereich entsprechend einem Hohlraum der genannten beiden Objekte ausgebildet ist; Isolierschichten, die integral an der oberen und der unteren Oberfläche der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht mit Ausnahme des ersten und des zweiten vorspringenden Bereichs und des Öffnungsbereichs ausgebildet sind; und Mikrodichtungs-Überzugsschichten, die auf die obere und untere Oberfläche der Isolierschichten aufgebracht sind, und wobei die zweite Grundplatte um den Öffnungsbereich herum mit einer ringförmigen Wulststruktur versehen ist, die dadurch gebildet ist, daß sie selbst teilweise gebogen ist, und wobei ferner dann, wenn die Dichtung zum Gebrauch zwischen die beiden Objekte eingefügt ist, der erste vorspringende Bereich zu dem Öffnungsbereich hin drückt, während der zweite vorspringende Bereich außerhalb der Dichtung freiliegt.

Die oben angegebene Dichtung ist bevorzugt bei einem Motor anwendbar. In diesem Fall sind die beiden Objekte ein Zylinderblock und ein Zylinderkopf eines Motors, und der Hohlraum ist eine Zylinderbohrung.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ferner die zweite Grundplatte als Verbundgrundplatte ausgebildet, so daß die obere und die untere Oberfläche der metallischen Grundplatte mit einem Verbundmaterial beschichtet sind, das ein Gemisch aus einem Fasermaterial und einem Kautschuk enthält.

Ferner ist die leitfähige metallische Grundplattenschicht so ausgebildet, daß die in der Zylinderbohrung erzeugte elektrische Information durch sie hindurch abgeleitet wird und elektrische Energie einer elektrischen Einrichtung, die in der Zylinderbohrung vorgesehen ist, durch sie hindurch zugeführt wird.

Ferner wird eine Dichtung vom Vielkanaltyp angegeben, wobei die erste Grundplatte ferner eine Vielzahl von leitfähigen Metallelementen aufweist, die zwischen der leitfähigen metallischen Grundplatte und der Isolationsschicht separat voneinander isoliert sind und durch welche diverse elektrische Informationen von einer Vielzahl von Stellen des Hohlraums abgeleitet werden.

Gemäß der Erfindung können die nachstehenden Auswirkungen erwartet werden.

Wenn eine Dichtung, die zwischen zwei Objekte eingefügt ist, befestigt wird, dann wirkt die Rückstellkraft, die von einer elastischen Verformung durch die komprimierte Wulststruktur der zweiten Grundplatte begleitet ist, auf die einander zugewandten Oberflächen zwischen zwei Objekten, und ihr gegenseitiger Einstelldruck mit der dazwischen befindlichen Dichtung bleibt vollständig erhalten. Daher wird die Abdichtung des abzudichtenden Raums bevorzugt vollständig aufrechterhalten.

Ferner ist zwischen der Isolationsschicht und der Endoberfläche von einem der beiden Objekte eine Mikrodichtungs-Überzugsschicht der ersten Grundplatte vorgesehen, so daß kleine konvex-konkave Teile dieser Oberflächen ausgefüllt werden, und die leitfähige metallische Grundplattenschicht der ersten Grundplatte und die metallische Grundplatte der zweiten Grundplatte verstärken die Dichtung noch weiter.

Wenn die oben genannte Dichtung in dem Zustand verwendet wird, daß sie zwischen zwei Objekten angeordnet ist, ist der erste vorspringende Bereich an der Raumseite der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht dem Raum zugewandt, und der andere vorspringende Bereich liegt an der Außenseite frei, so daß die elektrische Information in den Raum in Form von elektrischen Signalen von der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht eingeführt wird.

Oder aber, wenn eine Heizeinrichtung und dergleichen mit dem vorspringenden Bereich an der Raumseite der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht verbunden ist und am anderen Ende eine elektrische Spannung angelegt wird, so wird die elektrische Last in dem Raum wirksam.

Ferner ist die leitfähige metallische Grundplattenschicht so aufgebaut, daß die Isolationsschichten an ihrer oberen und unteren Oberfläche integral angebracht sind, so daß die leitfähige metallische Grundplattenschicht von den beiden Objekten elektrisch isoliert ist und keine Gefahr eines Austritts der elektrischen Signale besteht, die auf der elektrischen Information zu den beiden Objekten basieren; dadurch wird die Herausführung der elektrischen Signale mit hoher Präzision und die Wirkung der elektrischen Last ermöglicht.

Außerdem ist ein gekrümmtes Teil, das eine zur Verbesserung der Abdichtfähigkeit wirksame Wulststruktur aufweist, nur an der zweiten Grundplatte, welche die metallische Grundplatte aufweist, ausgebildet, so daß die erste Grundplatte frei von einer Krümmung ist. Daher ist eine Isolationsschicht, die gewöhnlich aus einem zerbrechlichen Material wie etwa Keramik besteht, frei von Rissen und Ablösung, die durch einen Biegevorgang hervorgerufen werden. Somit kann die erste Grundplatte eine multifunktionale Dichtung bereitstellen, die eine bevorzugte Isolierfähigkeit und überlegene Zuverlässigkeit hat.

Wenn die zweite Grundplatte eine Verbundgrundplatte ist, die so ausgebildet ist, daß ein Verbundmaterial, in dem ein Fasermaterial mit Kautschuk vermischt ist, auf die obere und die untere Oberfläche der metallischen Grundplatte als Beschichtung aufgetragen ist, sind die nachstehenden Vorteile im Vergleich mit einer Platte zu erwarten, die durch Beschichten der metallischen Grundplatte nur mit einer Synthesekautschukschicht gebildet ist.

Dabei wird der Wärmewiderstand verbessert, Verschieben und Ablösen der Überzugsschicht werden verhindert, und eine Drehmomenthaltecharakteristik wird verbessert, weil das Verbundmaterial, das ein mit Kautschuk vermischtes Fasermaterial enthält, auf die metallische Grundplatte als Beschichtung aufgebracht ist.

Ferner kann die Dicke der Überzugsschicht auf einer Seite bis zu 200 μm betragen. Wenn daher die zweite Grundplatte, die zur Verbesserung der Abdichtfähigkeit dient, als Dichtungsmaterial mit der ersten Grundplatte verbunden ist, die ohne einen gekrümmten Bereich effektiv funktioniert, kann eine multifunktionale Dichtung mit einer leitfähigen metallischen Grundplattenschicht bereitgestellt werden, die bevorzugte Abdichtfähigkeit und zuverlässige Isolationsfähigkeit hat.

Wenn eine Dichtung gemäß der Erfindung als Dichtung für Motoren verwendet wird und eine solche Dichtung im Gebrauch zwischen einem Zylinderblock und einem Zylinderkopf angeordnet ist, um gemeinsam damit eingebaut zu werden, weist der vorspringende Bereich an der Raumseite der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht, d. h. der Seite einer Zylinderbohrung, zu der Zylinderbohrung (einem Brennraum) hin, und der andere vorspringende Bereich liegt außerhalb des Motors frei.

Wenn daher der Zylinderkopf und/oder der Zylinderblock geerdet sind, eine Energieversorgung an den freiliegenden vorspringenden Bereich angeschlossen ist und eine elektrische Spannung (z. B. 90 V) zwischen beide angelegt wird, wird in dem Augenblick, in dem eine Flamme den vorspringenden Bereich der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht, die eine dem Brennraum des Motors zugewandte Elektrode ist, erreicht, über einen Flammenbereich unter ionischen Bedingungen ein Schaltkreis gebildet.

Der Stromwert in diesem Augenblick wird von einem Verstärker verstärkt und in einer Informationsverarbeitungseinheit verarbeitet, so daß die Verbrennungscharakteristik in dem Brennraum (die Verbrennungsdauer, d. h. die Zeitdauer, in der die Verbrennung abläuft) detektiert wird.

Abgesehen von der Detektierung der Verbrennungscharakteristik (der Verbrennungsdauer usw.) in dem Brennraum des Motors, können die Temperatur, der Druck, Vibrationen, die Gaskonzentration, die Gaskomponente, die Kraftstoffkonzentration, die Kraftstoffdichte und dergleichen in dem Brennraum in Form elektrischer Signale abgeleitet werden, indem mit der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht ein geeigneter Sensor (der noch beschrieben wird) verbunden wird.

Der Strom (Energie) kann von außerhalb des Zylinderblocks in die elektrischen Einrichtungen wie etwa eine Vorheizeinheit für die Zylinderbohrung zugeführt werden, indem die leitfähige metallische Grundplattenschicht als leitendes Element genutzt wird. Außerdem kann die Erfindung dazu dienen, die oben erwähnten Bedingungen in dem Raum der Vorrichtung, die einen abzudichtenden Raum hat und kein Motor ist, zu detektieren.

Gemäß einer anderen multifunktionalen Dichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl von leitfähigen Metallplatten in einer Gruppe in der ersten Grundplatte angeordnet, so daß eine Vielzahl von Sensoren ohne weiteres für diese leitfähigen Metallplatten vorgesehen werden kann. Ferner ist eine Vielzahl von leitfähigen metallischen Platten nicht in einer Schicht, sondern in einer Gruppe angeordnet, so daß die Dicke der Dichtung verringert ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Isolationsschicht mit einem Polyimidharz gebildet, so daß sie überlegene Isolationsfähigkeit hat.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine teilweise ausgeschnittene vergrößerte Schnittansicht einer Ausführungsform einer multifunktionalen Dichtung der Erfindung;
2 einen Vertikalschnitt, der einen wesentlichen Teil eines Motors zeigt, der mit einer multifunktionalen Dichtung gemäß der Erfindung zusammengebaut ist;
3 eine vergrößerte Ansicht des Teils "X" in 2;
4 eine vergrößerte Ansicht des Teils "X" der modifizierten Ausführungsform einer multifunktionalen Dichtung der Erfindung;
5 eine vergrößerte Ansicht des Teils "X", wobei eine Ausführungsform gezeigt ist, bei der ein Sensor in die Innenwand eines Brennraums eines Motors eingebettet ist;
6 eine vergrößerte Ansicht des Teils "X" einer modifizierten Ausführungsform einer multifunktionalen Dichtung der Erfindung;
7 eine vergrößerte Ansicht des Teils "X" einer anderen Ausführungsform einer multifunktionalen Dichtung der Erfindung;
8 eine vergrößerte Ansicht des Teils "X" noch einer weiteren Ausführungsform einer multifunktionalen Dichtung der Erfindung;
9a bis 9c Schnittansichten, die eine andere Ausbildung der zweiten Grundplatte zeigen;
10 eine Schnittansicht eines wesentlichen Teils einer multifunktionalen Dichtung, wobei die erste Grundplatte mit einer Rippe ausgebildet ist;
11 eine Perspektivansicht einer multifunktionalen Dichtung mit einer Anordnung von Mehrfachkanälen;
12a eine Dichtung vom Fünf-Kanal-Typ und
12b eine Dichtung vom Vier-Kanal-Typ;
13 eine Perspektivansicht einer integrierten Konstruktion des seitlichen Endes zur Herausführung einer leitfähigen metallischen Grundplatte von 11;
14 eine integrierte Konstruktion von 13;
14a eine Fünf-Kanal-Dichtung und
14b eine Vier-Kanal-Dichtung; und
15 eine Perspektivansicht eines wesentlichen Teils einer multifunktionalen Dichtung, wobei eine leitfähige metallische Grundplattenschicht eine Vorspannungsschicht ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung insbesondere für einen Fahrzeugmotor unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. 1 ist eine teilweise ausgeschnittene vergrößerte Schnittansicht einer Ausführungsform einer multifunktionalen Dichtung der Erfindung, 2 ist ein Vertikalschnitt, der einen wesentlichen Teil eines Motors zeigt, der mit der multifunktionalen Dichtung zusammengebaut ist, 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Teils "X" von 2.
Bevorzugte Ausführungsform 1
In 1 ist eine multifunktionale Dichtung 1 gemäß der Erfindung ein zusammengesetzter Körper aus einer ersten Grundplatte 1A und einer zweiten Grundplatte 1B in Lagen- bzw. Schichtform. Die erste Grundplatte 1A weist auf: eine leitfähige metallische Grundplattenschicht 2, eine elektrische Isolationsschicht 3, die auf der oberen und der unteren Oberfläche der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht 2 integral ausgebildet ist, und Mikrodichtungs-Überzugsschichten 4, mit denen die äußeren Oberflächen der elektrischen Isolationsschicht 3 beschichtet sind; die zweite Grundplatte 1B weist eine metallische Grundplatte 71 auf.
Die zweite Grundplatte 1B ist eine Verbundgrundplatte (kautschukbeschichtetes Metall), die so gebildet ist, daß ein Verbundmaterial 72, in das ein Fasermaterial mit Kautschuk eingemischt ist, auf die obere und die untere Oberfläche der metallischen Grundplatte 71 aufgebracht ist. Dabei ist die erste Grundplatte 1A als Metalldichtung zum Detektieren elektrischer Signale ausgebildet, und die zweite Grundplatte 1B ist als kautschukbeschichtete Metalldichtung ausgebildet.
Die oben angegebene multifunktionale Dichtung 1 hat eine Öffnung 11, die entsprechend einem abzudichtenden Raum (einer Zylinderbohrung im Fall eines Motors) ausgebildet ist und durch die hindurch ein Objekt mit dem anderen in Verbindung ist, und eine ringförmige Wulststruktur 73 ist um die Öffnung 11 der zweiten Basisplatte 1B herum gebildet.
Die leitfähige metallische Grundplattenschicht 2 ragt geringfügig in den Innenumfang der Öffnung 11, um den ersten vorspringenden Bereich (Endpunkt an der Raumseite) 21 zu bilden, und ein zweiter vorspringender Bereich 22 ist so ausgebildet, daß die leitfähige metallische Grundplattenschicht 2 an dem Außenumfang der multifunktionalen Dichtung 1 teilweise freiliegt.
Bei der ersten Grundplatte 1A ist die leitfähige metallische Grundplattenschicht 2 aus irgendeinem Metallblech einer Dicke von 0,05 bis 0,5 mm geformt, das aus einem weichen Stahlblech, einem rostfreien Stahlblech, einem Aluminiumblech und einem Kupferblech ausgewählt ist.
Die elektrische Isolationsschicht 3 hat eine Dicke von 0,1 μm bis 0,5 mm und ist aus irgendeiner von einer verarbeiteten Schicht gebildet, die aus einem Polyimidharz, einer Kunststoffschicht, einer Keramikschicht (Kieselsäure- oder Aluminiumoxidschicht), einer Keramikfaserschicht, einer diamantartigen Kohlenstoffschicht, einer Asbestschicht, einer Klebstoffschicht oder einer entsprechenden leitfähigen metallischen Grundplattenschicht besteht, deren Oberfläche mit einem Verarbeitungsmittel für Metalloberflächen verarbeitet ist.
Die elektrischen Isolationsschichten 3 sind an der oberen und der unteren Oberfläche der leitfähigen Metallschicht 2 integral gebildet. Das Metalloberflächen-Verarbeitungsmittel ist ein rosthemmendes Mittel, ein Oberflächenhärtungsmittel, ein Oberflächenschmiermittel, ein Reibungs-/Abriebminderungsmittel oder ein Verzinkungs mittel, das verwendet wird, um die leitfähige metallische Grundplattenschicht 2 zu schützen oder ihre Kompatibilität sicherzustellen, und die mit diesem Verarbeitungsmittel verarbeitete Schicht bildet die elektrische Isolationsschicht 3.
Die Mikrodichtungs-Überzugsschicht 4 hat eine Dicke von 1 μm bis 0,5 mm und besteht aus einer solchen Schicht, daß die elektrische Isolationsschicht 3 mit einer Schicht integral bedeckt ist, die aus einem Kautschukmaterial ausgewählt ist, das ein anorganisches Pulvermaterial, ein Kunststoffmaterial oder einen Klebstoff aufweist.
Dabei wird eine Schicht, in die ein synthetisches Harz als Bindemittel in Graphit eingemischt ist, eine synthetische Harzschicht, in der Kieselsäure, Kalziumcarbonat, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid oder dergleichen als Füllmaterial verwendet wird, oder eine Kautschukschicht, wie etwa Silikon, aufgebracht.
Es wurde experimentell festgestellt, daß dann, wenn das vorgenannte Polyimid als Isolationsschicht verwendet wurde, die Isolationsfähigkeit überlegen war. Die Polyimidschicht (50 μm Dicke) wird durch Wärmehaftung (200 °C, 2 h) mit Hilfe eines Polyimidklebstoffs auf beide Seiten eines rostfreien Blechs (Dicke 0,3 mm) aufgebracht zur Bildung der ersten Grundplatte 1A, und der elektrische Widerstand wird gemessen. Der Widerstandswert zwischen dem rostfreien Stahl und Erde war ∞ Ohm.
Eigenschaften von Polyimid
Fasermaterialien der zweiten Grundplatte 1B weisen folgendes auf: anorganische Fasern, wie Glasfasern, Keramikfasern, Asbest, Mineralwolle, lösliche Quarzfasern, chemisch behandelte hoch-kieselsäurehaltige Fasern, verschmolzene Aluminiumsilikatfasern, kontinuierliche Aluminiumoxidfasern, stabilisierte Zirkoniumoxidfasern, Bornitridfasern, Titandioxid-Alkalifasern, Whisker, Kohlenstoffasern, Metallfasern, Borfasern und dergleichen.
Fasermaterialien weisen außerdem auf: organische Fasern, wie aromatische Polyamidfasern, Polyamidfasern, Polyolefinfasern, Polyacrylnitrilfasern, Polyvinylalkoholfasern, Polyvinylesterfasern, Polyvinylchloridfasern, Polyharnstoffasern, Polyurethanfasern, Polyfluorkohlenstoffasern, Phenolfasern, Zellulosefasern und dergleichen. Gewalzte Stahlbleche, wie SPPC, SPHC und dergleichen, ein Aluminiumblech, rostfreie Stahlbleche und dergleichen können als metallische Grundplatte 2 verwendet werden.
Kautschuk (Kautschukmaterial) ist beispielsweise Nitrilkautschuk (NBR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Isoprenkautschuk (IR), Chloroprenkautschuk (CR), Butadienkautschuk (BR), Butylkatschuk (IIR), Ethylenpropylenkautschuk (EPM), Fluorkautschuk (FPM), Silikonkautschuk (Si), chlorsulfoniertes Polyethylen (CSM), Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk (EVA), Polyethylenchlorid (CPE), Butylchloridkautschuk (CIR), Epichlorhydrinkautschuk (ECO), Nitril-Isopren-Kautschuk (NIR), Naturkautschuk (NR) und dergleichen. Ein ölverstreckter Kautschuk, der so ausgebildet ist, daß Naphthenprozeßöl diesen Kautschukmaterialien wie SBR hinzugefügt ist, kann auch verwendet werden.
Die multifunktionale Dichtung 1 wird wie folgt gebildet. An dem Metallblech für die leitfähige metallische Grundplattenschicht 2 wird eine Blechbearbeitung vorgenommen, um eine vorbestimmte Gestalt mit einer der Öffnung 11 entsprechenden Bohrung zu formen, die elektrischen Isolationsschichten 3 und die Mikrodichtungs-Überzugsschichten 4 werden so gebildet, daß sie integriert sind, und somit wird die erste Grundplatte 1A erhalten.
Das Verbundmaterial 72 wird als Überzug auf die obere und die untere Oberfläche der metallischen Grundplatte 71 aufgebracht, um eine Verbund-Grundplatte zu bilden, die Verbund-Grundplatte wird unter Druck gepreßt, um eine Wulststruktur 73 zu bilden, die in die entgegengesetzte Seite der ersten Grundplatte 1A vorspringt, und damit wird die zweite Grundplatte 1B erhalten. Die erste Grundplatte 1A und die zweite Grundplatte 1B werden als Lagen durch teilweises Bördeln (oder mittels Klebstoff) miteinander verbunden.
Die Wulststruktur 73, die zur Verbesserung der Abdichtfähigkeit wirksam ist, ist somit an der zweiten Grundplatte 1B ausgebildet, und für die erste Grundplatte 1A wird kein Biegevorgang ausgeführt. Daher verursacht die Isolationsschicht 3, die mit einem vergleichsweise zerbrechlichen Material wie Keramik gebildet ist, keine Risse und kein Ablösen infolge eines solchen Biegevorgangs, so daß die erste Grundplatte 1A so ausgebildet ist, daß sie eine bevorzugte Isolationsfähigkeit behält.
Die erste Grundplatte 1A und die zweite Grundplatte 1B dürfen zumindest während des Zusammenbaus nicht voneinander getrennt werden. Daher können sie teilweise gebördelt werden, indem die zweite Grundplatte 1B mit einem Klöpfel bearbeitet wird, oder sie können durch Aufbringen von Klebstoff auf einige Teile leicht aneinander befestigt werden.
Der Einbau der oben erläuterten multifunktionalen Dichtung 1 in einen Motor wird unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben. Das Bezugszeichen "E" bezeichnet einen Motor, der so zusammengebaut ist, daß die multifunktionale Dichtung 1 an einem Zylinderblock 5 angebracht und ein Zylinderkopf 6 darauf angeordnet ist, so daß die Dichtung 1 zwischen beiden liegt.
Das Bezugszeichen 51 bezeichnet einen in einer Zylinderbohrung 52 (bei dieser Ausführungsform ist ein Kommunikationshohlraum gebildet) auf- und abgehenden Kolben des Zylinderblocks 5, und der Raum, der zwischen dem oberen Ende des Kolbens 51 und dem unteren Ende des Zylinderkopfs 6 gebildet ist, ist als Brennraum 54 bezeichnet.
53 bezeichnet eine Kühlmittelverbindungsbohrung, die in dem Zylinderblock 5 gebildet ist und an der oberen Endoberfläche des Zylinderblocks 5 mündet. Der Kühlmittelverbindungsbohrung 53 wird Wasser, Gefrierschutzflüssigkeit oder Öl zugeführt.
Bei dem so zusammengebauten Motor E sind die einander zugewandten Oberflächen des Zylinderblocks 5 und des Zylinderkopfs 6 mit der multifunktionalen Dichtung 1 vollständig abgedichtet, so daß kein Verbrennungsgas aus dem Brennraum 54 austritt.
Insbesondere erfährt die Wulststruktur 73 wie in 3 eine elastische Formänderung, wenn sie befestigt wird, und der Einstelldruck der zueinander weisenden Oberflächen des Zylinderblocks 5 und des Zylinderkopfs 6 bleibt durch die zwischen ihnen befindliche multifunktionale Dichtung 1 infolge der Rückstellkraft der elastischen Formänderung vollständig erhalten.
Wenn außerdem die oben erwähnte elektrische Isolationsschicht 3 verwendet wird, wird im Fall eines Verschraubens keine Verschiebung bewirkt, so daß eine Abnahme der Schraubkraft verhindert wird.
Da ferner die Mikrodichtungs-Überzugsschichten 4 mit den unter Druck stehenden zueinander weisenden Oberflächen in Berührung sind, füllt die Mikrodichtungsschicht 4 kleine Konkavitäten und Konvexitäten an den zueinander weisenden Oberflächen aus und verbessert dadurch die Abdichtfähigkeit. An der elektrischen Isolationsschicht 3 wird während des Formvorgangs eine Oberflächenbearbeitung ausgeführt, und die Mikrokonkavitäten und -konvexitäten werden an ihrer Oberfläche gebildet.
Die Mikrodichtungs-Überzugsschicht 4 füllt aber auch diese Mikrokonkavitäten und -konvexitäten aus, um an der elektrischen Isolationsschicht 3 zum Zweck der Integration fest angebracht zu sein. Die Mikrodichtungs-Überzugsschicht 4 füllt nicht nur die Mikrokonkavitäten und -konvexitäten aus, sondern ergibt auch eine Isolierfunktion. Die leitfähige metallische Grundplattenschicht 2 ist von den zueinander weisenden Oberflächen durch die elektrischen Isolationsschichten 3 elektrisch isoliert, die mit der oberen und der unteren Oberfläche der Schicht 2 integriert sind.
Die zweite Grundplatte 1B weist die ringförmige Wulststruktur 73 auf, die durch Biegen der Platte 1B geformt und um die Öffnung 11 herum, die der Zylinderbohrung 52 entsprechend ausgebildet ist, angeordnet ist. Die erste Grundplatte 1A ist so ausgebildet, daß der erste vorspringende Bereich der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht 2 an der Zylinderbohrungsseite der Innenseite der Zylinderbohrung 52 zugewandt ist, und der andere vorspringende Bereich davon liegt an der Außenseite frei, wenn die multifunktionale Dichtung 1 zwischen dem Zylinderblock 5 und dem Zylinderkopf 6, die miteinander zu verschrauben sind, angeordnet ist.
Der vorspringende Bereich 21 der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht 2 ist dem Brennraum 54 zugewandt und dient als Elektrode zum Detektieren des Ionenstroms auf der Verbrennungsgasseite. Der in den Brennraum 54 als Elektrode an der Verbrennungsgasseite vorspringende Bereich 21 kann vollständig um den Innenumfang der Öffnung 11 herum vorgesehen sein oder kann ein Teil davon sein.
Wie 2 zeigt, sind eine Energieversorgung 7, ein Verstärker 8 und eine Signalverarbeitungseinheit 9 mit dem freiliegenden Bereich 22 der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht 2 verbunden, wenn der Motor E zusammengebaut ist. Der Zylinderblock 5 und der Zylinderkopf 6 sind geerdet, wie durch die Bezugszeichen 50 und 60 angedeutet ist, es kann jedoch auch nur einer davon geerdet sein.
Wenn eine Spannung von beispielsweise 90 V mittels der Energieversorgung 7 zwischen den freiliegenden Bereich 22 und den Zylinderblock 5 und den Zylinderkopf 6, die geerdete Elektroden sind, angelegt wird, dann wird über einen Flammenbereich in einem ionischen Zustand in dem Augenblick ein Schaltkreis gebildet, in dem die Flamme den vorspringenden Bereich 21 erreicht, der als Elektrode dient, die in den Brennraum 54 ragt.
Der momentane Stromwert wird von dem Verstärker 8 verstärkt und in der Signalverarbeitungseinheit 9 verarbeitet, so daß Verbrennungseigenschaften (Verbrennungsdauer usw.) in dem Brennraum 54 detektiert werden. Die leitfähige metallische Grundplattenschicht 2 wirkt als Kernmaterial der multifunktionalen Dichtung 1 und hat ferner die Funktion eines Ionensensors für Flammen in dem Brennraum 54.
Wie oben gesagt, erfolgt der Biegevorgang zum Formen der Wulststruktur 73, der zu einer Formänderung der Grundplatte bei der Montage führen kann, für die zweite Grundplatte 1B der multifunktionalen Dichtung 1, so daß die erste Grundplatte 1A mit der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht 2 und der elektrischen Isolationsschicht 3 eben ist und keine gebogenen Teile hat.
Die erste Platte 1A wird durch Aufbringen eines Isoliermaterials auf eine flache Platte gebildet, so daß Risse der elektrischen Isolationsschicht 3 vermieden werden können, wenn bei der Montage als Dichtung eine Druckkraft darauf wirkt. Die Mikrodichtungs-Überzugsschicht 4 der ersten Grundplatte 1A an der Seite der zweiten Grundplatte 1B kann gegenüber dem Fall ohne zweite Grundplatte 1B dünn gemacht werden, und ferner kann sie ein leitfähiges Material bedecken.
Außerdem kann eine geschichtete multifunktionale Dichtung vom Vielkanaltyp erhalten werden, die eine Vielzahl von leitfähigen metallischen Grundplattenschichten 2 in einer Lage unter der elektrischen Isolationsschicht 3 hat, oder es kann eine multifunktionale Dichtung mit Vielkanalgruppen erhalten werden, wobei deren Signale Vielkanalsignale (werden später beschrieben) sind.
Bei der Ausführungsform gemäß 4 ist in dem Zylinderkopf 6 entsprechend der Kühlmittel-Kommunikationsbohrung 53 eine Kühlmittel-Kommunikationsbohrung 61 ausgebildet, und ein Kühlmittel durchströmt die beiden Kühlmittel-Kommunikationsbohrungen 53, 61, um zur Kühlung des Motors verwendet zu werden. Eine Verbindungsbohrung 13 ist für die multifunktionale Dichtung 1 an der Position vorgesehen, die den Öffnungen der beiden Kühlmittel-Kommunikationsbohrungen 53, 61 entspricht.
Die elektrische Isolationsschicht 3 und die Mikrodichtungs-Überzugsschicht 4 sind so ausgebildet, daß sie den Öffnungsrand der Verbindungsbohrung 13 der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht 2 bedecken. Somit wird einerseits die Kommunikation des Kühlmittels durch die beiden Kühlmittel-Kommunikationsbohrungen 53, 61 aufrechterhalten, und andererseits wird, wie oben gesagt, die Leckverhinderungsfunktion erzielt. Die übrige Konstruktion ist gleich wie vorher gesagt, und es sind gleiche Bezugszeichen vorgesehen, die keiner weiteren Erläuterung bedürfen.
Bei der multifunktionalen Dichtung 1 der bevorzugten Ausführungsform 1 wird ein Austritt von Verbrennungsgasen aus dem Brennraum 54 vollständig verhindert. Wenn ferner der Zylinderkopf und/oder der Zylinderblock geerdet sind, ist eine Energieversorgung 7 mit dem freiliegenden Teil 22 verbunden, und zwischen beide wird ein elektrisches Potential angelegt, und über einen Flammenbereich unter ionischen Bedingungen wird in dem Augenblick ein Schaltkreis ausgebildet, in dem eine Flamme das Ende der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht 2 erreicht, die eine Elektrode und so angeordnet ist, daß sie dem Brennraum 54 des Motors zugewandt ist.
Der momentane Stromwert wird von dem Verstärker 8 verstärkt und in der Informationsverarbeitungseinheit 9 verarbeitet, so daß die Verbrennungseigenschaften (Verbrennungsdauer) in dem Brennraum 54 detektiert wird.
Die elektrische Isolationsschicht 3 hat eine Dicke von 0,1 μm bis 0,5 mm und ist aus einer von einer verarbeiteten Schicht gebildet, die ausgewählt ist aus einer Kunststoffschicht, einer Keramikschicht, einer Keramikfaserschicht, einer diamantartigen Kohlenstoffschicht, einer Asbestschicht, einer Klebstoffschicht, oder einer verarbeiteten Schicht, die durch Bearbeiten der Oberfläche der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht 2 mit einem Bearbeitungsmittel für Metalloberflächen gebildet ist, so daß sie ihr elektrisches Isolationsvermögen bevorzugt behält.
Wenn als elektrische Isolationsschicht Polyimid verwendet wird, so wird das Isolationsvermögen ausgezeichnet. Die elektrische Isolationsschicht 3 verursacht ferner keine Risse beim Zusammenbau, was ein Unterschied gegenüber dem Stand der Technik ist, wobei eine Elektrode vom Auskleidungs- oder Sondentyp verwendet wird.
Bevorzugte Ausführungsform 2
In den 5 und 6 sind verschiedene Arten von Sensoren S in die Innenwand des Brennraums 54 eingebettet, und der Sensor S und die leitfähige metallische Grundplattenschicht 2 sind elektrisch miteinander verbunden, so daß die elektrische Information von dem Sensor S in elektrische Signale umgewandelt wird, die herausgeführt werden.
Beispiele für den Sensor S sind ein Drucksensor vom Piezowiderstandstyp, der ausnützt, daß ein spezifischer Widerstand durch Druck geändert wird, ein Titandioxid-O₂-Halbleitersensor zum Detektieren eines Kraftstoff-/Luft-Verhältnisses, ein Sensor, der einen Perowskit-Halbleiter vom Yttriumdioxid-Typ verwendet, um Temperatur und Widerstandswert zu messen, ein Silizium-Dehnungsmesser als Druck-Spannungs-Umwandlungselement, ein Klopfsensor zum Detektieren von Vibrationen usw.
Der freiliegende Bereich 22 der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht 2 und der geerdete Zylinderkopf 6 sind über einen Strommesser 10 miteinander verbunden, so daß die Charakteristikänderung in jedem Sensor S durch Ändern des Stroms in dem Strommesser gemessen wird.
6 zeigt eine Ausführungsform unter Verwendung eines Zweidraht-Sensors als Sensor S, und zu diesem Zweck ist die multifunktionale Dichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform so ausgebildet, daß die erste Grundplatte 1A zwei geschichtete leitfähige metallische Grundplattenschichten 2 aufweist.
Dabei ist die erste Grundplatte 1A so aufgebaut, daß die elektrische Isolationsschicht 3 in der Mitte zwischen den beiden geschichteten leitfähigen metallischen Grundplattenschichten 2 vorgesehen ist, die elektrischen Isolationsschichten 3 sind jeweils an der Außenseite davon gebildet, und die Mikrodichtungs-Überzugsschichten 4 sind jeweils als die äußersten Schichten aufgebracht. Zwei Leiter von dem Sensor S sind jeweils mit den beiden geschichteten leitfähigen metallischen Grundplattenschichten 2 elektrisch verbunden. 10a bezeichnet eine Gleichstrom-Energieversorgung.
Der Aufbau der zweiten Grundplatte 1B ist der gleiche wie in den 1 bis 3. Die Wulststruktur 73 ist zwar in den 5 und 6 nicht gezeigt, aber es versteht sich von selbst, daß eine Wulststruktur vorhanden ist, wie vorstehend beschrieben wurde. Der übrige Aufbau ist gleich wie vorher, so daß eine erneute Beschreibung der gemeinsamen Elemente, die mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, entfällt.
Bevorzugte Ausführungsform 3
7 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Kraftstoff oder das Ansauggas im Zylinderblock 5, im Zylinderkopf 6 und im Brennraum 54 des Motors E vorgewärmt werden kann. Eine Heizeinheit 23 ist mit den Enden 21 an der Seite der Zylinderbohrung 52 der leitfähigen metallischen Grundplattenschichten 2 der multifunktionalen Dichtung 1 wie in 6 verbunden, und eine Energieversorgung 10b ist mit den anderen Enden 22 verbunden, so daß der Heizeinheit 23 eine Spannung über die leitfähigen metallischen Grundplattenschichten 2 zugeführt werden kann.
Die so angelegte Spannung bewirkt, daß die Heizeinheit 23 (ein Beispiel der elektrischen Einrichtungen) Wärme erzeugt und einen Temperaturanstieg des Kraftstoff oder des Ansauggases im Zylinderblock 5, im Zylinderkopf 6 und im Brennraum 54 des Motors E bewirkt, so daß beim Anfahren eines Motors in kalten Gegenden der Wirkungsgrad verbessert wird.
8 zeigt eine Ausführungsform, bei der in dem oben erwähnten Motor E eine zusätzliche Verbrennungsentladung möglich ist. Entladungselektroden 24a, 24b (ein Beispiel von elektrischen Einrichtungen) sind an den Enden 21 an der Seite der Zylinderbohrung 52 der leitfähigen metallischen Grundplattenschichten 2 der multifunktionalen Dichtung 1 ebenso wie in 6 vorgesehen, die Energieversorgung 10c ist mit den anderen Enden 22 verbunden.
Dadurch ist es möglich, eine Spannung über die leitfähigen metallischen Grundplattenschichten 2 zwischen die Elektroden 24a, 24b zu führen (der gesamte Umfang mit Ausnahme der Elektroden ist isoliert). Infolgedessen findet eine elektrische Entladung zwischen den beiden Elektroden 24a, 24b statt, um die Verbrennung in dem Brennraum 54 zu fördern, so daß Klopfen verhindert wird, was zu dem Verbrennungs-Wirkungsgrad beiträgt.
Was die Heizeinheit 23 und die Entladungselektroden 24a, 24b der in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsformen betrifft, so ist eine Vielzahl von Heizeinheiten und eine Vielzahl von Entladungselektroden entlang dem Umfang der Zylinderbohrung 52 im Abstand vorgesehen, und ihre Zahl wird fakultativ bestimmt. In den 7 und 8 ist die Wulststruktur nicht gezeigt, es versteht sich jedoch, daß sie, wie oben gesagt, vorhanden ist. Die übrige Ausbildung dieser Ausführungsform ist gleich wie vorher, und somit haben die gemeinsamen Elemente die gleichen Bezugszeichen und werden nicht erneut beschrieben.
Die multifunktionale Dichtung 1 von 7 kann den Fahrwirkungsgrad eines Motors in kalten Gegenden verbessern. Die in 8 gezeigte multifunktionale Dichtung 1 kann Klopfen des Motors verhindern und den Verbrennungs-Wirkungsgrad erhöhen, so daß zu erwarten ist, daß sie für viele Zwecke einsetzbar ist.
Dabei wird die elektrische Information in der Zylinderbohrung 52 in Form elektrischer Signale über die leitfähige metallische Grundplattenschicht 2 herausgeführt, und/oder elektrische Energie kann den elektrischen Einrichtungen 23, 24a, 24b, die für die Zylinderbohrung 52 vorgesehen sind, zugeführt werden.
Bevorzugte Ausführungsform 4
Die zweite Grundplatte 1B kann eine Zweischichtkonstruktion sein, wobei das Verbundmaterial 72 nur auf eine Seite der metallischen Grundplatte 71 aufgebracht ist, wie die 9a und 9b zeigen, oder sie kann eine Einzelschichtkonstruktion sein, welche die metallische Grundplatte 71 gemäß 9c aufweist. In 9a ist das Verbundmaterial 72 auf einer Seite der metallischen Grundplatte 71 gegenüber der ersten Grundplatte 1A vorhanden, und in 9b ist das Verbundmaterial 72 auf einer Seite der metallischen Grundplatte 71 vorgesehen, welche der ersten Grundplatte 1A zugewandt ist.
Bevorzugte Ausführungsform 5
Die multifunktionale Dichtung 1 kann mit Verstärkungsrippen 1a und 1b an geeigneten Bereichen der ersten Grundplatte 1A versehen sein, wie 10 zeigt. Teile, die der Kühlmittel(Kühlwasser)-Verbindungsbohrung 53 und einer Schmieröl-Verbindungsbohrung 55 entsprechen, sind nach unten vorstehend ausgebildet, um die Rippen 1a und 1b zu bilden, so daß die mechanische Festigkeit und Steifigkeit der ersten Grundplatte 1A, also der multifunktionalen Dichtung 1, verbessert werden, ohne die Funktion der Dichtung 1 zu beeinträchtigen. Im übrigen ist die Konstruktion gleich wie diejenige von 3, und gleiche Bezugszeichen sind vorgesehen, so daß keine weiteren Erläuterungen benötigt werden.
Bevorzugte Ausführungsform 6
Die multifunktionale Dichtung 1 kann als Dichtung vom Vielkanaltyp ausgebildet sein, wie 11 zeigt. In der ersten Grundplatte 1A ist zwischen jeder von elektrischen Isolationsschichten 3 und der Mikrodichtungs-Überzugsschicht 4 an der Außenseite davon eine dicke zweite elektrische Isolationsschicht 3A gebildet, und eine Vielzahl von leitfähigen metallischen Elementen 12 sind in die zweite elektrische Isolationsschicht 3A so eingebettet, daß sie von oben gesehen in einem radialen Muster mit gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung angeordnet sind. Die metallischen Elemente sind dabei durch Strukturieren eines metallischen Flächenkörpers oder einer Schicht gebildet.
Fünf leitfähige Metallschichten 12 (ein Beispiel eines leitfähigen Metallmaterials) in Stabform sind in einer Gruppe innerhalb der zweiten elektrischen Isolationsschicht 3A, die auf der oberen elektrischen Isolationsschicht 3 ausgebildet ist, von oben gesehen mit radialer Struktur unter gleichen Winkeln um die Zylinderbohrung herum vorgesehen, und sie sind an der unteren elektrischen Isolationsschicht 3 gemäß 12a angeordnet, so daß eine multifunktionale Dichtung vom Fünf-Kanal-Typ gebildet ist.
Dabei ist die erste Grundplatte 1A so ausgebildet, daß die fünf (diese Zahl ist beispielhaft) leitfähigen metallischen Schichten 12 voneinander getrennt und isoliert und als Gruppe zwischen der leitfähigen metallischen Plattenschicht 2 und der zweiten elektrischen Isolationsschicht 3A angeordnet sind, wobei die fünf leitfähigen Metallschichten 12 von der leitfähigen metallischen Plattenschicht 2 isoliert sind und zu der Zylinderbohrung 52 weisen, die ein abgedichteter Raum ist.
Ein leitfähiger Leitungsdraht, der nicht dargestellt ist, wird mit dem äußeren Ende von jeder leitfähigen metallischen Plattenschicht 12, wie der leitfähigen metallischen Plattenschicht 2 verbunden. Dabei handelt es sich um eine multifunktionale Dichtung mit einer solchen Schichtstruktur, daß die elektrische Isolationsschicht 3 an der Oberfläche der leitfähigen metallischen Plattenschicht 2 als leitfähige metallische Plattenschicht ausgebildet ist, und außerdem ist darauf eine elektrische Schaltung gebildet, die das leitfähige metallische Element 12 aufweist, und eine Vielzahl von leitfähigen Metallschichten 12 ist parallel angeordnet.
Der Verbrennungszustand in dem Brennraum 54 ist nicht gleichmäßig und ist gewöhnlich an jeder Position, also um die Zündeinrichtung herum, an der Ansaugseite, an der Ausgangsseite usw. verschieden. Wenn eine Vielzahl von leitfähigen metallischen Elementen 12 vorgesehen ist, um das Detektieren an einer Vielzahl von Umfangsteilen mit jeweiligen vorspringenden Bereichen auszuführen, kann der Verbrennungszustand besser im einzelnen verstanden werden, und die Verbrennungscharakteristik in dem Brennraum 54 des Motors E kann genauer detektiert werden.
Außerdem können verschiedene Signalarten gleichzeitig herausgeführt werden. Die Vielzahl von leitfähigen metallischen Elementen 12 muß nicht immer unter gleichen Winkeln angeordnet sein. Beispielsweise können die leitfähigen metallischen Schichten 12 an der Position konzentriert sein, von der detaillierte Information gewünscht wird, oder können bevorzugt an einer Position konzentriert sein, die unter Berücksichtigung der Möglichkeiten zum Herausführen von Signalleitungen gewählt ist.
Bei der multifunktionalen Dichtung 1 mit einem parallelen Vielfachkanal ist eine Vielzahl von leitfähigen metallischen Elementen 12 nicht in einer Schicht vorgesehen, so daß die Dichtung dünner gemacht werden kann und durch Erhöhen der Anzahl zu einem Vielfachkanal werden kann. Eine Dünnschicht der ☐ Stufe wird durch eine Technologie wie Ionenplattieren und Aufsputtern ermöglicht, wobei eine fortgeschrittene Schichttechnologie angewandt wird. Wie 12b zeigt, kann die multifunktionale Dichtung 1 vom Vier-Kanal-Typ sein, wobei vier leitfähige metallische Elemente 12 unter gleichen Winkeln (oder auf andere, nicht gleichwinklige Weise) angeordnet sind.
Bevorzugte Ausführungsform 7
Die in 11 gezeigte multifunktionale Dichtung 1 kann so aufgebaut sein, daß die leitfähige metallische Schicht 12 gekrümmt ist und das Ende 12a an der Abnahmeseite (entgegengesetzt der Zylinderbohrung) bevorzugt an einer Stelle konzentriert ist, wie 13 zeigt. Wenn fünf leitfähige metallische Elemente 12 vorhanden sind, sind fünf Enden 12a an der Abnahmeseite an einer Stelle gemäß 14a angeordnet. Wenn vier leitfähige metallische Elemente 12 vorhanden sind, sind vier Enden 12a an einer Abnahmeseite an einer Stelle gemäß 14b angeordnet.
Wenn eine Vielzahl von Enden 12a an der Abnahmeseite konzentriert sind, werden mit den leitfähigen metallischen Elementen 12 verbundene Leitungsdrähte zum Herausführen kurz angeordnet, wenn durch Verbinden der leitfähigen metallischen Elemente 12 und der ECU bzw. Motorsteuereinheit eine Schnittstelle gebildet ist, so daß der Verbinder für die Verdrahtung vereinfacht wird.
Bevorzugte Ausführungsform 8
Wenn die multifunktionale Dichtung 1 ein paralleler Vielkanaltyp gemäß den 11 und 13 ist, wird die leitfähige metallische Plattenschicht 2, die mit dem positiven Pol der Energieversorgung 10a verbunden ist, gewöhnlich als der eine Pol genutzt, jedes der leitfähigen metallischen Elemente 12, die mit dem negativen Pol über den Strommesser 10 verbunden sind, wird als der andere Pol genutzt, und eine Vielzahl von Sensoren S1 und S2 wird angeschlossen. Dabei dient die leitfähige metallische Grundplattenschicht 2 als Vorspannungsschicht.
Die leitfähige metallische Plattenschicht 2, die mit dem negativen Pol der Energieversorgung 10a verbunden ist, wird – was nicht gezeigt ist – gewöhnlich als der eine Pol genutzt, jedes leitfähige metallische Element 12, das mit dem positiven Pol der Energieversorgung 10a über den Strommesser 10 verbunden sind, wird als der andere Pol genutzt, und die leitfähige metallische Plattenschicht 2 kann als eine Masseschicht (Erdungsschicht) genutzt werden.
In den oben angegebenen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung bei einem Kraftfahrzeugmotor und dergleichen verwendet, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Sie kann in großem Umfang bei einer Dichtung verwendet werden, die zwischen zwei Objekten angeordnet wird, die gemeinsam einen abzudichtenden Raum umschließen. Wenn sie für den Fahrzeugmotor verwendet wird, ist der Motor nicht auf einen einzelnen Zylinder beschränkt, die Anwendung kann auch bei einem Motor mit einer Vielzahl von Zylindern erfolgen.
In diesem Fall ist fakultativ auszuwählen, ob eine oben angegebene multifunktionale Dichtung 1 für jeden Zylinder vorgesehen wird oder eine multifunktionale Dichtung 1 vorgesehen wird, die gemeinsam für mehrere Zylinder verwendet wird. Im Fall des Vielkanaltyps kann die Zahl der leitfähigen metallischen Elemente 12 auch von vier oder fünf verschieden sein.
Bei einer anderen Ausbildung einer multifunktionalen Dichtung vom Mehrkanaltyp ist nicht eine leitfähige metallische Grundplattenschicht 2 vorgesehen, sondern es ist eine Vielzahl von leitfähigen metallischen Platten 12 vorgesehen, die voneinander isoliert sind, um die Dichtung zu bilden (nicht dargestellt).

Claims

Multifunktionale Dichtung zum Abdichten eines Zwischenraums zwischen zwei Gegenständen, zwischen denen sie angeordnet ist, die folgendes aufweist: – eine erste Grundplatte (1A) und eine zweite Grundplatte (1B) mit einer metallischen Grundplatte, die integral daran ausgebildet ist, – wobei die erste Grundplatte (1A) folgendes aufweist: eine leitfähige metallische Grundplattenschicht (2), die mit ersten und zweiten vorspringenden Bereichen (21, 22) und einem Öffnungsbereich (11) entsprechend einem Hohlraum der zwei Objekte ausgebildet ist, Isolationsschichten (3), die integral an der oberen und der unteren Oberfläche der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht (2) mit Ausnahme des ersten und des zweiten vorspringenden Bereichs (21, 22) und des Öffnungsbereichs (11) ausgebildet sind, und Mikrodichtungs-Überzugsschichten (4), die auf die oberen und unteren Oberflächen der Isolationsschichten (3) aufgebracht sind, – wobei die zweite Grundplatte (1B) um den Öffnungsbereich (11) herum mit einer ringförmigen Wulststruktur (73) versehen ist, die durch teilweises Biegen um sich selbst gebildet ist, und – wobei dann, wenn die Dichtung (1) zum Gebrauch zwischen den beiden Objekten angeordnet ist, der erste vorspringende Bereich (21) zu dem Öffnungsbereich (11) hin drückt, während der zweite vorspringende Bereich (22) zur Außenseite der Dichtung (1) hin freiliegt.
Multifunktionale Dichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Grundplatte (1B) als Verbundgrundplatte ausgebildet ist, wobei ein Verbundmaterial (72), das ein Gemisch aus Fasermaterial und Kautschuk enthält, auf die obere und die untere Oberfläche der metallischen Grundplatte (71) aufgebracht ist.
Multifunktionale Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Objekte ein Zylinderblock (5) und ein Zylinderkopf (6) eines Motors (E) sind und der Hohlraum eine Zylinderbohrung (52) ist.
Multifunktionale Dichtung nach Anspruch 3, wobei die leitfähige metallische Grundplattenschicht (2) so aufgebaut ist, daß in der Zylinderbohrung (52) erzeugte elektrische Informationen durch sie hindurch abgeleitet werden.
Multifunktionale Dichtung nach Anspruch 3, wobei die leitfähige metallische Grundplattenschicht (2) so aufgebaut ist, daß elektrische Energie durch sie hindurch einer elektrischen Einrichtung, die in der Zylinderbohrung (52) vorgesehen ist, zugeführt wird.
Multifunktionale Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Grundplatte (1A) eine Vielzahl von leitfähigen metallischen Elementen (12), die separat voneinander isoliert sind, anstelle der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht (2) aufweist, durch die hindurch elektrische Informationen von einer Vielzahl von Stellen des Hohlraums abgeleitet werden.
Multifunktionale Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Grundplatte (1A) ferner eine Vielzahl von leitfähigen metallischen Elementen (12), die separat voneinander isoliert sind, zwischen der leitfähigen metallischen Grundplattenschicht (2) und der Isolationsschicht (3) aufweist, durch die hindurch elektrische Informationen von einer Vielzahl von Stellen des Hohlraums abgeleitet werden.
Multifunktionale Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Isolationsschicht aus Polyimidharz besteht.