DE102004062790A1 - Aufschäumbares Beschichtungsmaterial, metallische Flachdichtung sowie Verfahren zur Beschichtung einer metallischen Flachdichtung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein aufschäumbares Beschichtungsmaterial für metallische Flachdichtungen, das auf einem Fluorpolymer als Matrix und darin eingeschlossenen Mikrosphären mit thermoplastischer Schale basiert. Ebenso betrifft die Erfindung eine metallische Flachdichtung für Brennkraftmaschinen mit mindestens einer metallischen Lage, auf der zumindest bereichsweise eine derartige Beschichtung zur Abdichtung aufgebracht ist, sowie ein Verfahren zur Beschichtung metallischer Flachdichtungen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein aufschäumbares Beschichtungsmaterial für metallische Flachdichtungen, das auf einem Fluorpolymer als Matrix und darin eingeschlossenen Mikrosphären mit thermoplastischer Schale basiert. Ebenso betrifft die Erfindung eine metallische Flachdichtung für Brennkraftmaschinen mit mindestens einer metallischen Lage, auf der zumindest bereichsweise eine derartige Beschichtung zur Abdichtung aufgebracht ist, sowie ein Verfahren zur Beschichtung metallischer Flachdichtungen. Verwendung finden die erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterialien zur Beschichtung metallischer Flachdichtungen, wobei diese der Abdichtung schwierig abzudichtender Stellen, insbesondere von Stufen, z.B. im Bereich T-förmiger Dichtungsstellen, Lunker-behafteten und groben Oberflächen von Flachdichtungen, Bearbeitungs absätzen, Dichtspalten, die sich durch Verzüge bilden, sowie Durchführungen, z.B. die Durchführung von Leitungen zu Sensoren, dienen.
- Im Stand der Technik bekannte Flachdichtungen dienen insbesondere der Abdichtung vom Zylinderkopf gegenüber dem Motorblock. Es existieren aber auch weitere Dichtungsstellen, die eine effiziente Abdichtung erfordern. Unter diese schwierig abzudichtenden Stellen fallen beispielsweise Stufen, Lunker-behaftete und grobe Oberflächen von Flachdichtungen, Bearbeitungsabsätze, Dichtspalte sowie Durchführungen, z.B. für Zuleitungen zu Sensoren. In dieser Gruppe erfordert auch die Abdichtung T-förmiger Dichtungsstellen und hier insbesondere das sog. Dreiländereck, das den Bereich des angeflanschten Kettenkastens am Rand der Flachdichtung betrifft, eine wirksame Abdichtung, deren technische Umsetzung jedoch mit vielfältigen Problemen verbunden ist.
- Diese auftretenden Probleme wurden im Stand der Technik damit versucht zu lösen, dass vor der Montage der Flachdichtung eine zusätzliche Dichtpaste aufgebracht wurde. Allerdings ist die manuelle Aufbringung derartiger Pasten sehr aufwendig, ebenso wird die manuelle Handhabung zu Dosierungsproblemen, was letztlich die Gefahr mit sich bringt, dass die Dichtpaste auf den Bauteilen verschnürt wird. Für die Großserienherstellung ist diese Vorgehensweise daher ungeeignet.
- Eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahme zur Behebung der Dichtprobleme beruht darauf, dass auf der Oberfläche der metallischen Flachdichtung Dichtraupen aus elastomerem Material aufgebracht werden. Die Höhe der Dichtraupen beträgt wenige Zehntel μm, da die Dichtraupen bei einer zu großen Höhe bei der Wärmeaushärtung zerfließen und Dichtraupen mit einer großen Breite einen Höheneinbruch unter die Randhöhen im Wölbungszenit aufweisen.
- Die
DE 197 04 315 A1 betrifft ein metallisches Dichtsystem, bei dem eine Lösung zur Abdichtung von porösen bzw. Lunker-behafteten Bauteilen präsentiert wird, die auf der Verwendung einer Adapterplatte basiert. Diese Adapterplatte ist an der der porösen Seite der Bauteiloberfläche zugewandten Seite zumindest bereichsweise mit einer elastischen, plastischen oder klebenden Beschichtung versehen, über die die Abdichtung realisiert wird. Die hier beschriebene zusätzliche Lage bringt aber den Nachteil der aufwendigen technischen Umsetzung und der damit verbundenen Kosten mit sich. - Die
G 88 00 475 U1 - Aus der
EP 1 275 889 A2 ist eine metallische Flachdichtung bekannt, bei der als Abdichtungsmaterial Silikonharze beschrieben werden. Die in dieser Druckschrift beschriebenen Silikonharze bringen den Nachteil einer relativ geringen Festigkeit und einer unzureichenden Dauerbeständigkeit gegenüber Fluiden mit sich, die den Einsatz in den genannten Anwendungsgebieten stark beeinträchtigen. - Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beschichtungsmaterial bereitzustellen, das eine hohe Elastizität aufweist, wodurch die Anpassungsfähigkeit und das Dichtpotential bei hohen Anforderungen verbessert werden soll.
- Diese Aufgabe wird durch das aufschäumbare Beschichtungsmaterial mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die dieses Beschichtungsmaterial enthaltende metallische Flachdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie das Verfahren zur Beschichtung einer metallischen Flachdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. In Anspruch 17 wird die Verwendung des erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterials angegeben. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
- Erfindungsgemäß wird ein aufschäumbares Beschichtungsmaterial für metallische Flachdichtungen bereitgestellt, das 30 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise 70 bis 99 Gew.-% eines Fluorpolymers und 1 bis 30 Gew.-% expandierbarer Mikrosphären mit einer thermoplastischen Schale enthält.
- Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungsmaterialien, die auf Silikon oder Epoxid basieren, weist das erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial den Vorteil auf, dass es eine deutlich höhere Temperaturbeständigkeit besitzt. Weiterhin ist das erfindungsgemäße aufschäumbare Beschichtungsmaterial deutlich elastischer und kann dadurch die Anpassungsfähigkeit bzw. das Dichtpotential bei hohen Anforderungen verbessern. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterialien besteht darin, dass die gewünschte Wulsthöhe sehr genau eingestellt werden kann. So können beispielsweise Höhen zwischen 0,05 und 0,5 mm problemlos erreicht werden.
- Weiterhin bringt das erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial den Vorteil mit sich, dass in dieser Weise nun für die Beschichtung der Zylinderkopfdichtung ebenso wie für die Beschichtung im Bereich der Dichtungsstellen das gleiche Ausgangsmaterial verwendet werden kann.
- Bevorzugt sind die Mikrosphären mit einem gasförmigen Medium gefüllt. Die Mikrosphären besitzen dabei vorzugsweise im nicht-expandierten Zustand eine Partikelgröße im Bereich von 5 bis 50 μm. Die Expansionstemperatur der Mikrosphären liegt vorzugsweise im Bereich von 80 bis 190 °C, bevorzugt im Bereich von 100 bis 170 °C und besonders bevorzugt im Bereich von 125 bis 160 °C. Diese hohe Temperaturbeständigkeit ermöglicht erst den problemlosen Einsatz im Bereich der metallischen Flachdichtungen.
- Weiterhin weist das aufschäumbare Beschichtungsmaterial ein Fluorpolymer als Matrix auf. Das Fluorpolymer ist dabei vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Co- und Terpolymeren sowie Perfluorpolymeren.
- Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Beschichtungsmaterial weitere Zusatzstoffe enthält. Diese sind insbesondere Füllstoffe. Als geeignete Füllstoffe kommen insbesondere Ruß, mineralische Füllstoffe, hierunter besonders bevorzugt Wollastonit, Kaolin oder Quarzmehl sowie zur Reibungsminderung Zuschlagstoffe, hierunter besonders bevorzugt Polytetrafluorethylen, Molybdänsulfid, Bornitrid oder Graphit.
- Erfindungsgemäß wird ebenso eine metallische Flachdichtung für Brennkraftmaschinen bereitgestellt, die mindestens eine metallische Lage aufweist, auf der zumindest bereichsweise eine Beschichtung zur Abdichtung aufgebracht ist. Diese Beschichtung besteht aus dem erfindungsgemäßen aufschäumbaren Beschichtungsmaterial.
- Vorzugsweise weist die Beschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 60 μm bis 1 mm, besonders bevorzugt von 80 μm bis 400 μm auf.
- Die Beschichtung kann dabei auf beiden Seiten der metallischen Lage zumindest bereichsweise aufgebracht sein. Die Beschichtung wird dabei so aufgebracht, dass eine Abdichtung von Stufen, z.B. im Bereich T-förmiger Dichtungsstellen, von Lunker-behafteten und groben Oberflächen von Flachdichtungen, von Bearbeitungsabsätzen, von Dichtspalten, die sich durch Verzüge bilden, und von Durchführungen, z.B. für Leitungen zu Sensoren, ermöglicht wird. Insbesondere ist die Abdichtung im Bereich der Kontaktstellen zwischen Zylinderkopf, Motorblock und Ketten- bzw. Räderkästen möglich.
- Bevorzugt weist die erfindungsgemäße metallische Flachdichtung eine den Flachdichtungsrand umlaufende und zu diesem beabstandete Beschichtung aus dem Fluorpolymer auf. Das Fluorpolymer weist dabei zusätzlich im Bereich oben genannter schwierig abzudichtender Stellen die genannten expandierbaren Mikrosphären vor dem Vulkanisieren auf.
- Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur Beschichtung einer metallischen Flachdichtung mit einem Beschichtungsmaterial aus einem aufgeschäumten Fluor polymer bereitgestellt, bei dem das erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial mittels Siebdruck oder einer Dosiereinrichtung auf mindestens eine metallische Lage der Flachdichtung aufgebracht wird und anschließend das Beschichtungsmaterial thermisch behandelt wird, um durch Expansion der expandierbaren Mikrosphären ein Aufschäumen des Fluorpolymers zu erreichen. Es sind aber ebenso alle anderen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Beschichtung einer metallischen Flachdichtung mit dem genannten Beschichtungsmaterial möglich.
- Vorzugsweise wird die beschriebene thermische Behandlung des Beschichtungsmaterials bei Temperaturen von 80 bis 190 °C, bevorzugt bei Temperaturen von 100 bis 170 °C, besonders bevorzugt bei Temperaturen von 125 bis 160 °C durchgeführt. Die thermische Behandlung wird dabei bzw. durch Ausheizen und/oder Vulkanisieren durchgeführt.
- Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterialien werden vorzugsweise zur Beschichtung metallischer Flachdichtungen eingesetzt. Die erfindungsgemäße Beschichtung ermöglicht die Abdichtung von schwierig abzudichtenden Stellen, insbesondere von Stufen, z.B. im Bereich T-förmiger Dichtungsstellen, von Lunker-behafteten und groben Oberflächen von Flachdichtungen, von Bearbeitungsabsätzen, von Dichtspalten, die sich durch Verzüge bilden ebenso wie von Durchführungen, z.B. die Durchführung von Leitungen zu Sensoren. Beispielsweise ermöglicht das erfindungsgemäße Beschichtungsmaterial eine hervorragende Abdichtung im Bereich T-förmiger Dichtungsstellen und zur Abdichtung von Oberflächen und Oberflächenabschnitten, die Lunker-behaftet sind.
- Anhand des nachfolgenden Beispiels soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigte spezielle Ausführungsvariante zu beschränken.
- Ein erfindungsgemäßes aufschäumbares Beschichtungsmaterial wird anhand der nachfolgenden Zusammensetzung definiert:
- Die hier genannten Mengenangaben (phr = per hundred rubber) betreffen lediglich eine bevorzugte Ausführungsform, sind aber natürlich in den in den Ansprüchen und der Beschreibung angegebenen Grenzen beliebig variierbar.
Claims (19)
- Aufschäumbares Beschichtungsmaterial für metallische Flachdichtungen enthaltend 30 bis 99 Gew.-% eines Fluorpolymers und 1 bis 30 Gew.-% expandierbarer Mikrosphären mit einer thermoplasischen Schale.
- Aufschäumbares Beschichtungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrosphären mit einem gasförmigen Medium, insbesondere einem gasförmigen Kohlenwasserstoff, gefüllt sind.
- Aufschäumbares Beschichtungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrosphären im nicht-expandierten Zustand eine Partikelgröße im Bereich von 5 bis 50 μm aufweisen.
- Aufschäumbares Beschichtungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionstemperatur der Mikrosphären im Bereich von 80 bis 190 °C, insbesondere von 100 bis 170 °C liegt.
- Aufschäumbares Beschichtungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorpolymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Co- und Terpolymeren sowie Perfluorpolymeren.
- Aufschäumbares Beschichtungsmaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial weitere Zusatzstoffe, insbesondere Füllstoffe enthält.
- Aufschäumbares Beschichtungsmaterial nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial Ruß, mineralische Füllstoffe, insbesondere Wollastonit, Kaolin oder Quarzmehl sowie zur Reibungsminderung Zuschlagstoffe, insbesondere Polytetrafluorethylen, Molybdänsulfid, Bornitrid oder Graphit enthält.
- Metallische Flachdichtung für Brennkraftmaschinen mit mindestens einer metallischen Lage, auf der zumindest bereichsweise eine Beschichtung zur Abdichtung aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus dem aufschäumbaren Beschichtungsmaterial nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 besteht.
- Metallische Flachdichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 60 μm bis 1 mm, insbesondere von 80 bis 400 μm aufweist.
- Metallische Flachdichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auf beiden Seiten der metallischen Lage bereichsweise aufgebracht ist.
- Metallische Flachdichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung im Bereich von T-förmigen Dichtungsstellen aufgebracht ist.
- Metallische Flachdichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung im Bereich der Kontaktstelle zwischen Zylinderkopf, Motorblock und Ketten- bzw. Räderkasten aufgebracht ist.
- Metallische Flachdichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachdichtung eine den Flachdichtungsrand umlaufende und zu diesem beabstandete Beschichtung aus einem Fluorpolymer aufweist, die im Bereich T-förmiger Dichtungsstellen zusätzlich expandierbare Mikrosphären aufweist.
- Verfahren zur Beschichtung einer metallischen Flachdichtung mit einem Beschichtungsmaterial aus einem aufgeschäumten Fluorpolymer, bei dem das Beschichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mittels Siebdruck oder einer Dosiereinrichtung auf mindestens eine metallische Lage der Flachdichtung aufgebracht wird und anschließend das Beschichtungsmaterial thermisch behandelt wird, um durch Expansion der expandierbaren Mikrosphären ein Aufschäumen des Fluorpolymers zu erreichen.
- Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung bei Temperaturen von 80 bis 190 °C, insbesondere von 100 bis 170 °C durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung durch Ausheizen und/oder Vulkanisieren erfolgt.
- Verwendung des Beschichtungsmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 7, zur Abdichtung von metallischen Flachdichtungen.
- Verwendung nach Anspruch 17, zur Abdichtung im Bereich von Stufen, insbesondere im Bereich T-förmiger Dichtungsstellen, von Lunker-behafteten Oberflächen von Flachdichtungen, groben Oberflächen von Flachdichtungen, Bearbeitungsabsätzen, Dichtspalten sowie Durchführungen, insbesondere für die Durchführung von Leitungen zu Sensoren.
- Verwendung nach Anspruch 18 zur Abdichtung im Bereich der Kontaktstelle zwischen Zylinderkopf, Motorblock und Ketten- bzw. Räderkasten.
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