DE102016012178A1

DE102016012178A1 - Dichtung, insbesondere Flachdichtung aus Graphit

Info

Publication number: DE102016012178A1
Application number: DE102016012178.5A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Haff Dichtungen GmbH; Haff-Dichtungen GmbH
Current assignee: Haff Dichtungen GmbH; Haff-Dichtungen GmbH
Priority date: 2016-10-11
Filing date: 2016-10-11
Publication date: 2018-04-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtung, insbesondere Flachdichtung aus Graphit mit einer Kohlenstoffbeschichtung, wobei die aus einer Graphit-Dichtungsplatte ausgestanzte oder ausgeschnittene Dichtung mit einer Kohlenstoffschicht, die aus einer harten diamantähnlichen Kohlenstoffschicht und aus einer, auf der harten diamantähnlichen Kohlenstoffschicht aufgebrachten, weichen und versiegelnden Kohlenstoffschicht besteht, beschichtet ist

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung, insbesondere Flachdichtung aus Graphit mit einer Kohlenstoffbeschichtung.
Aus dem Stand der Technik sind Beschichtungen von Flachdichtungen mit

• PTFE
• Molybdändisulfid
• Elastomeren Beschichtungen
• Mischung aus Bornitrid und einem Polytetrafluorethylen-Harz
• aufschäumbares Beschichtungsmaterial
• elektrochemische Metallabscheidung
• aufgesinterte Bronzelegierung aus einer Kupfer-Zinn-Basislegierung

So wird in der DE 3905922A1 eine Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung beschrieben, die auf den Einfassungsschenkel am Öffnungsrand auf der dem Motorblock und/oder dem Zylinderkopf zugewandten Seite mit einer aufgetragenen Gleitbeschichtung aus einem Polyamidimid- oder Polyimid-Kunstharz mit einem Festschmierstoffzusatz aus einem Gemisch aus Polytetrafluorethylen und Molybdändisulfid beschichtet ist Die DE 4332346 A1 offenbart eine Flachdichtung aus Graphitmaterial, insbesondere eine Zylinderkopfdichtung oder eine Auspuffflanschdichtung für Verbrennungskraftmaschinen, die ein- oder beidseitig mit einer Epoxidharzbeschichtung versehen ist. In der DE 00 0010 209 538 A1 wird eine Dichtung für eine unter hoher Temperatur stehende Verbindung beschrieben, wobei die Dichtung für eine unter hoher Temperatur stehende Verbindung dieser Erfindung aus einem Dichtungsgrundkörper, der durch Füllen eines wärmebeständigen Füllstoffs, der hauptsächlich als Diatomerde zusammengesetzt ist, in Lücken eines als metallisches Netz ausgebildeten Verstärkungsteils gebildet ist, und einer Abdeckung, die aus einem wärmebeständigen Antifriktionsmaterial hergestellt ist, das hauptsächlich aus einer Mischung aus Bornitrid und einem Polytetrafluorethylen-Harz zum Abdecken einer Oberfläche des Dichtungsgrundkörpers zusammengesetzt ist, besteht.
Verfahren zur ein- oder beidseitigen Beschichtung eines Flachdichtungsmaterials, einer Flachdichtungslage oder einer Flachdichtung beschreibt die DE 00 0019 732 144 C1 . Das Flachdichtungsmaterials, oder eine Flachdichtungslage oder eine Flachdichtung besteht aus Metall oder einem Weichstoff, bei dem ein Beschichtungsmaterial nach einem Tintenstrahldruckprinzip aus einer oder mehreren Düsen zumindest bereichsweise auf das Flachdichtungsmaterial, die Flachdichtungsanlage oder die Flachdichtung aufgebracht wird. Ein laminiertes Dichtungsmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung beschreibt die Erfindung gemäß der DE 10 2004 041 043 B3 , wobei das laminiertes Dichtungsmaterial aus wenigstens zwei miteinander verbundenen Schichten, von denen wenigstens eine erste Schicht eine Graphitfolie ist, die mit einer zweiten Schicht aus Graphitfolie, Fluorpolymer oder Papier verbunden ist und wobei die erste und zweite Schicht mittels einer über eine wässrige Dispersion aufgebrachte Schicht aus Fluorpolymer miteinander verklebt sind. Die DE 10 2004 062 790 A1 beschreibt ein aufschäumbares Beschichtungsmaterial für eine metallische Flachdichtung sowie ein Verfahren zur Beschichtung einer metallischen Flachdichtung, wobei Das aufschäumbare Beschichtungsmaterial auf einem Fluorpolymer als Matrix und darin eingeschlossenen Mikrosphären mit thermoplastischer Schale basiert. Die metallische Flachdichtung für Brennkraftmaschinen besteht dabei aus mindestens einer metallischen Lage, auf der zumindest bereichsweise eine derartige Beschichtung zur Abdichtung aufgebracht ist Hochdruckverbindung und Verfahren zum Herstellen einer Hochdruckverbindung mit zwei aneinander anliegenden Dichtflächen und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Hochdruckverbindung. offenbart die DE 10 2005 060 667 A1 . Um die Dichtigkeit einer derartigen Hochdruckverbindung zu verbessern, ist mindestens eine der Dichtflächen mit einer partiellen Beschichtung versehen. Die partielle Beschichtung wird mittels Galvanoformen durch elektrochemische Metallabscheidung erzeugt. Gegenstand der Erfindung gemäß DE 10 2012 010 603 B4 ist einen beschichtetet Dichtungsartikel, der einen elastomeren Grundkörper, der mindestens teilweise mit einer Beschichtung versehen ist, umfasst, wobei der Grundkörper im unbeschichteten Zustand eine Oberflächenenergie von weniger als 50 mN/m aufweist und die Beschichtung eine Oberflächenenergie von mehr als 50 mN/m aufweist. Eine Flachdichtung sowie Verfahren zu ihrer Herstellung wird in der DE 10 2008 056 150 A1 dargestellt, wobei die Flachdichtung eine zwischen Dichtflächen von Maschinenbauteilen einzuspannende Dichtungsplatte mit mindestens einer Stahlblechlage aufweist, die auf mindestens einer ihrer beiden Hauptoberflächen, welche bei eingebauter Dichtung gegen eine der Maschinenbauteil Dichtflächen anliegt, mit einer Microabdichtung und Gleiteigenschaften aufweisenden Oberflächenbeschichtung versehen ist. Die Oberflächenbeschichtung wird als eine auf die Stahlblechlage aufgesinterte Bronzelegierung aus einer Kupfer-Zinn-Basislegierung ausgestalten. Die CN 204 610 822 U beschreibt eine Metall-Flachdichtung mit einer PTFE-Beschichtung. Die Erfindung gemäß der CN203431157 U bezieht sich auf das technische Gebiet der Dichtungselemente und eine Dichtung, die mit einer Aluminiumfolie beschichtet ist. Die Dichtung umfasst ein Dichtungselement, wobei eine Aluminiumfolienschicht mit einer in Längs- und Queranordnung erhöhtem Gefüge auf der Aluminiumfolienschicht auf der Außenseite des Dichtelements angeordnet ist, wobei der Abstand zwischen den Erhöhungen des Gefüges 0,5 bis 0,7 cm beträgt Die US 566 72 27 beschreibt eine Formulierung für einen elastischen Dichtungsbeschichtung, die durch ultraviolette Strahlung emittierende ohne Dämpfe in die Umgebung härtbar ist. Verschiedene Teile der Beschichtung werden durch aufeinanderfolgende Belichtung mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen von UV-Strahlung während eines kontinuierlichen in-line-Verfahren gehärtet. Die erste Wellenlänge härtet einen inneren Abschnitt der Beschichtung aus und bindet die Beschichtung an das Substrat. Die zweite Wellenlänge härtet eine Beschichtungsoberfläche. Die Formulierung ermöglicht ultraviolett härtbare dickere pigmentierte Beschichtungen, als zuvor bekannt. Ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung mit einer Hochtemperaturbeschichtung wird in der US2014217679 A1 offenbart, wobei ein Substrat aus einem metallischen Material besteht und in Form einer Dichtung ausgebildet ist, das eine Nanopartikel-Suspension über die äußeren Oberflächen des Substrats enthält und durch Erwärmen des Substrats auf eine erste erhöhte Temperatur eine Grundierungsschicht aus einem selbstschützende Oxidbeschichtung gebildet wird.
Das Verfahren umfasst auch das Aufbringen einer Flüssigkeit über die Grundierungsschicht, die aus Bornitrid besteht und das Trocknen des Bornitrids bei einer zweiten erhöhten Temperatur, um eine Überzugsschicht zu bilden. Eine ölbeständige Dichtung und ein Verfahren für die ölbeständige Dichtung werden in der US6129360 (A) beschrieben, wobei die Dichtung eine organische polymere Beschichtung beinhaltet, die aus der Gruppe aus Parylen N, Parylen D, Parylen C und Mischungen daraus besteht und eine poröse, elastomere Dichtung bildet. Die Erfindung gemäß der JP2011042769 (A) beschreibt eine Folie aus expandiertem Graphit als Dichtung, die eine einfach und leicht von der Flanschfläche zu entfernende Dichtung darstellt Die Folie aus expandiertem Graphit wird mit einem PP-Harz auf den Oberflächen der expandierten Graphitfolie in einer Dicke von 20–40 [mμ] beschichtet. Nach der Beschichtung mit dem PP-Harz erfolgt eine Wärmebehandlung, so dass die PP-Harzschicht auf 150–160°C erhitzt und in diesem erwärmten Zustand für 10 Minuten gehalten wird. Eine Graphitdichtung mit einer verbesserten Freisetzungscharakteristik wird in der US 45.91.166 (A) offenbart, die geprägt ist und aus relativ erhabenen Bereichen ein Reliefmuster bildet und mit einer Beschichtung aus einem Silikonkautschuk versehen ist. In der DE 4441132 A wird ein Dichtungselement und Verfahren zu seiner Herstellung, insbesondere für Absperr- und Regelorgane beschrieben Das Dichtungselement besteht aus einem plattenförmigen oder kolbenförmigen Absperrkörper aus einem metallischen oder nicht-metallischen Werkstoff. Beispielsweise handelt es sich um einen Al-Keramikwerkstoff. Mittels eines Plasma-CVD-Verfahrens ist auf eine Arbeitsfläche des Absperrkörpers eine kohlenstoff- und siliziumhaltige Hartstoffschicht von etwa 1 bis 2 μm aus einem Haftschichtanteil und einem Gleitschichtanteil abgeschieden, wobei der Siliziumgehalt im Haftschichtanteil größer ist als im Gleitschichtanteil. Zur Erhöhung der Haftung des Haftschichtanteils wird dieser nach seiner Beschichtung getempert. Die Temperung erfolgt entweder 0,5 bis 1 min lang bei 900°C oder 30 bis 60 min lang bei 500°C. Die Abscheidung von Silicium, insbesondere Siliziumkarbid als Beschichten auf Dichtungen, insbesondere auf Flachdichtungen erreicht nicht die gewünschten Leckagewerte und führt bei hohen Temperaturen und hohen Drücken zu Leckageverlusten.
Die Graphitdichtungen aus dem Stand der Technik neigen bei Temperaturen bis 450°C unter Einfluss von Druck und Temperatur an Flanschoberflächen zu verkleben und verursachen Verschmutzungen und Anhaftungen, die vor dem Einsetzen neuer Dichtscheiben aus Graphit entfernt werden müssen und machen daher einen Dichtungswechsel sehr zeitaufwendig, Auch die im Stand der Technik beschrieben Beschichtungen der Graphitdichtungen bringen beim Dichtungswechsel nicht den erwünschten Erfolg.
Aufgabe der Erfindung ist eine Beschichtung der Graphitdichtungen zu entwickeln, die bei hohen Temperaturen und hohem Druck auf den Dichtungsoberflächen zu keinen Verkleben führt und damit keine Verunreinigung auf den Dichtoberflächen verursacht und geringe Leckagewerte aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Dichtung, insbesondere Flachdichtung aus Graphit, die aus einer Graphit-Dichtungsplatte aus flexiblen, expandierten Graphitfolien, mit/oder ohne Edelstahlblecheinlage oder Edelstahl-Spießblechträger oder aus einer verstärkten, mehrlagigen Graphit-Dichtungsplatte in kleberfreiem Verbund mit Edelstahlfolien oder aus flexiblem expandierten Graphit im mechanischem Verbund mit einer dreidimensionalen Streckblecheinlage aus Chrom-Nickel-Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einer Graphit-Dichtplatte ausgestanzten oder ausgeschnittene Dichtung, insbesondere Flachdichtung mit einer Kohlenstoffschicht, die aus einer harten diamantähnlichen Kohlenstoffschicht und aus einer auf der harten diamantähnlichen Kohlenstoffschicht aufgebrachten weichen und versiegelnden Kohlenstoffschicht besteht, beschichtet ist.
Die Erfindung soll nun näher an einem Beispiel erläutert werden. Eine, aus einer Graphit-Dichtungsplatte ausgestanzte Flachdichtung für eine Flanschdichtfläche wird mittels plasmaunterstütze chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) mit einer Abscheidespannung bis 900 V eine harte diamantähnliche Schicht (Diamond-Like-Carbon DLC) auf die Flachdichtung aufgetragen. Je höher die Abscheidespannung ist, desto härter ist diese Schicht, die sich optimal auf die Graphitoberfläche der Flachdichtung legt und sich mit dieser verbindet.
Diese DLC-Schichten besitzen Härten von ca. 2000 bis 3000 HV und zeichnen sich ganz besonders durch gegenüber metallischen Reibpartnern sehr niedrige Trockenreibwerte von ca. 0,1 bis 0,25 aus, die sie auch in inerten Atmosphären oder unter Vakuum beibehalten. Sie sind bis ca. 500°C anwendbar. Da die Oberflächenstruktur des Graphit sehr uneben ist und durch die DLC-Beschichtungen die Unebenheiten noch verstärkt werden, wird auf diese harte diamantähnliche (DLC) Schicht eine weiche Schicht zur Kohlenstoffversiegelung aufgetragen. Nur in dem Zusammenwirken einer aufgebrachten harten diamantähnlichen Kohlenstoffschicht (DLC) mit einer auf diese DLC-Schicht aufgetragene weiche Kohlenstoffschicht zur Kohlenstoffversiegelung wurden Leckagewerte von unter 0,1 mg/ms erreicht.
Die Beschichtung der Dichtung aus Graphit mit einer Kohlenstoffschicht gemäß der Erfindung kann auch mit anderen physikalische Gasphasenabscheidungen, wie Verdampfung, Sputtern, Ionenplattieren oder ICB-Technik durch geführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3905922 A1 [0003]
DE 4332346 A1 [0003]
DE 000010209538 A1 [0003]
DE 000019732144 C1 [0004]
DE 102004041043 B3 [0004]
DE 102004062790 A1 [0004]
DE 102005060667 A1 [0004]
DE 102012010603 B4 [0004]
DE 102008056150 A1 [0004]
CN 204610822 U [0004]
CN 203431157 U [0004]
US 5667227 [0004]
US 2014217679 A1 [0004]
US 6129360 A [0005]
JP 2011042769 A [0005]
US 4591166 A [0005]
DE 4441132 A [0005]

Claims

Dichtung aus Graphit, die aus einer Graphit-Dichtungsplatte aus flexiblen, expandierten Grafitfolien, mit/oder ohne Edelstahlblecheinlage oder Edelstahl-Spießblechträger oder aus einer verstärkten, mehrlagigen Graphit-Dichtungsplatte in kleberfreiem Verbund mit Edelstahlfolien oder aus flexiblem expandierten Graphit im mechanischem Verbund mit einer dreidimensionalen Streckblecheinlage aus Chrom-Nickel-Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die aus einer Graphit-Dichtungsplatte ausgestanzte oder ausgeschnittene Dichtung mit einer Kohlenstoffschicht, die aus einer harten diamantähnlichen Kohlenstoffschicht und aus einer auf der harten diamantähnlichen Kohlenstoffschicht aufgebrachten, weichen und versiegelnden Kohlenstoffschicht besteht, beschichtet ist.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Dichtung als Flachdichtung ausgebildet ist.