DE102016107516A1

DE102016107516A1 - Seal and manufacturing method for a seal

Info

Publication number: DE102016107516A1
Application number: DE102016107516.7A
Authority: DE
Inventors: Magnus Reichert; Maximilian Hoffmann; Günter Motz; Gilvan Barroso
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2017-10-26
Also published as: WO2017182669A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung (1), bei der mindestens ein erster Teil (2) mit mindestens einer Beschichtung (3) versehen ist, über die der erste Teil (2) mit einem zweiten Teil (4) in einer Einbaulage in Kontakt steht. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Dichtung (1). Um eine Dichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu schaffen, die eine wesentliche Minderung bekannter Probleme bei einer vergleichsweise langen Standzeit und guten Dichtigkeit auch in einem Bereich höherer und hoher Betriebstemperaturen bewirken, wird vorgeschlagen, dass in einem Kontaktbereich zwischen dem erste Teil (2) und dem zweiten Teil (4) eine Beschichtung (3) aus einem präkeramischen Polymer vorgesehen ist.The present invention relates to a seal (1) in which at least one first part (2) is provided with at least one coating (3) via which the first part (2) is in contact with a second part (4) in an installed position , Furthermore, the present invention relates to a method for producing such a seal (1). In order to provide a seal and a corresponding manufacturing method, which cause a substantial reduction of known problems with a comparatively long service life and good tightness even in a range of higher and higher operating temperatures, it is proposed that in a contact region between the first part (2) and the second part (4) is provided a coating (3) of a preceramic polymer.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung, bei der mindestens ein erster Teil mit mindestens einer Beschichtung versehen ist, über die der erste Teil mit einem zweiten Teil in einer Einbaulage in Kontakt steht. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Dichtung. The present invention relates to a seal in which at least a first part is provided with at least one coating, via which the first part is in contact with a second part in an installed position. Furthermore, the present invention relates to a method for producing such a seal.

Aus dem Stand der Technik sind zahllose Bauformen von Dichtungen der vorstehend genannten Art bekannt, bei denen sich in einer Einbausituation die einzelnen Elemente berühren. Diese Dichtungen werden daher auch als Berührungsdichtungen bezeichnet und stellen innerhalb der Dichtungen die größte Gruppe dar. Wie bei allen Dichtungen besteht auch hier die Aufgabe vor allen Dingen darin, ungewollte Stoffübergänge von einem Raum in einem anderen Raum zu verhindern oder zumindest eng zu begrenzen. Bekannterweise stellt hierbei insbesondere eine Beschaffenheit der Oberflächen in einem Kontaktbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Teil einer Dichtung ein wesentliches Problem dar. Zum Ausgleich von Oberflächenrauigkeiten ist der Einsatz von Beschichtungswerkstoffen bekannt, die regelmäßig als Elastomer-basierende Beschichtung ausgeführt sind. Diese Beschichtungen können durch Zusätze, wie z. B. Bor und/oder Graphit temperaturstabiler und/oder reibungsmindernd wirken. Numerous designs of seals of the aforementioned type are known from the prior art, in which touch the individual elements in a mounting situation. These seals are therefore also referred to as contact seals and represent the largest group within the seals. As with all seals, the task here too is above all to prevent or at least narrowly limit unwanted mass transfer from one room to another. As is known, in particular a condition of the surfaces in a contact region between the first and the second part of a seal represents a significant problem. To compensate for surface roughness, the use of coating materials is known, which are regularly designed as an elastomer-based coating. These coatings can by additives such. As boron and / or graphite temperature stable and / or reduce friction.

Als Problem tritt hierbei jedoch auf, dass bei hohen Temperaturen ein jeweiliges Elastomer verbrennt, so dass schließlich nur ein Füllstoff-Anteil zurückbleibt. Im Laufe der Zeit wird dieser verbleibende Füllstoff-Anteil jedoch durch dynamische Belastungen in dem betreffenden System größtenteils ausgeworfen. Damit verändert bzw. verschlechtert sich das Betriebsverhalten der Beschichtung also mit fortschreitender Betriebsdauer. Schließlich tritt regelmäßig eine Leckage in einem Ausmaß auf, dass im Rahmen einer Reparatur die Dichtung ersetzt werden muss. However, the problem arises that at high temperatures, a respective elastomer burns, so that ultimately only a filler content remains. Over time, however, this residual filler fraction is largely ejected by dynamic loads in the system concerned. Thus, the operating behavior of the coating changes or deteriorates as the operating time progresses. Finally, leakage regularly occurs to the extent that the seal needs to be replaced as part of a repair.

Als Alternative sind des Weiteren metallische Beschichtungen bekannt, welche ebenfalls in höheren Temperaturbereichen bis ca. 1.000° C eingesetzt werden können und auch dort noch eine Dichtungsaufgabe sowie gegebenenfalls auch reibungsvermindernde Eigenschaften aufweisen. Nachteilig sind hierbei jedoch die hohen Kosten, welche aus einer sehr langen Prozesszeit von bis zu 12 Stunden sowie einer sehr geringen Anzahl an Teilen resultiert, welche gleichzeitig beschichtet werden können. As an alternative, further metallic coatings are known, which can also be used in higher temperature ranges up to about 1000 ° C and also there have a sealing task and possibly also friction-reducing properties. The disadvantage here, however, the high cost, which results from a very long process time of up to 12 hours and a very small number of parts, which can be coated at the same time.

Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, über eine Vielzahl der klassischen Wärmebehandlungen eine Oberfläche eines Substrates bzw. eines Teils der Dichtung zu härten. Diese bekannten Verfahrensschritte senken zwar einen Reibverschleiß der behandelten Teile, erhöhen jedoch den Verschleiß eines Gegenbauteils, da keine reibvermindernden Eigenschaften erzielt werden können. Zudem ist in diesem Fall ein Wärmeeintrag in das betreffende Bauteil kritisch, da ja bei Hochtemperaturlegierungen zu einer deutlich verminderten Langzeittemperaturstabilität führen kann. Furthermore, it is also possible to harden a surface of a substrate or of a part of the seal via a large number of conventional heat treatments. Although these known method steps reduce frictional wear of the treated parts, but increase the wear of a counterpart component, since no reibvermindernden properties can be achieved. In addition, in this case, a heat input into the component in question is critical, since in high-temperature alloys can lead to a significantly reduced long-term temperature stability.

Damit zeigt der bekannte Stand der Technik zusammenfassend folgende Nachteile auf:

• Elastomere, Werkstoffe verbrennen und darin enthaltene Füllstoffe werden ausgeblasen oder ausgewaschen. Damit geht die Dichtungseigenschaft weitgehend verloren.
• Metallische Beschichtungen sind vergleichsweise sehr teuer.
• Beim Diffusionsbeschichten, insbesondere Borieren, oder klassischem Härten verlieren Legierungen an thermischer Langzeitstabilität. Zudem ist nur eine Verschleißoptimierung, jedoch keine Verringerung des Verschleißes durch positive Beeinflussung von Reibkoeffizienten möglich.

Thus, the known prior art summarizes the following disadvantages:

• Elastomers burn materials and their fillers are blown out or washed out. Thus, the sealing property is largely lost.
• Metallic coatings are comparatively very expensive.
• In diffusion coating, especially boriding, or classical hardening, alloys lose long-term thermal stability. In addition, only a wear optimization, but no reduction in wear by positive influence on friction coefficients is possible.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Dichtung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren für eine Dichtung zu schaffen, die zu den vorstehend genannten Punkten eine wesentliche Minderung bei einer vergleichsweise langen Standzeit und guten Dichtigkeit auch in einem Bereich höherer und hoher Betriebstemperaturen bewirken. It is an object of the present invention to provide a seal and a corresponding manufacturing method for a seal, which cause a significant reduction in the above-mentioned points with a comparatively long service life and good tightness even in a range of higher and higher operating temperatures.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der jeweiligen unabhängigen Ansprüche dadurch gelöst, dass bei einer erfindungsgemäßen Dichtung in einem Kontaktbereich eine Beschichtung aus einem präkeramischen Polymer vorgesehen ist und als Beschichtung unter Anwendung bekannter Beschichtungsverfahren von Sprühen, Drucken, Aufwalzen einer Schicht oder Anwendung eines Roll-Coat-Verfahrens über Tauchen bis Rakeln aufgetragen wird. This object is achieved by the features of the respective independent claims in that in a gasket according to the invention in a contact area a coating of a preceramic polymer is provided and as a coating using known coating methods of spraying, printing, rolling a layer or application of a roll coat Process is applied by dipping to knife coating.

Präkeramische Polymere sind mit unterschiedlichen Zusammensetzungen aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Aus den zahlreichen Veröffentlichungen geht jedoch keine Verwendung und Anpassung auf den vorliegenden Anmeldungsfall hervor. Präkeramiken in Verbindung mit Dichtungen sind also bislang ebenso wenig offenbart worden, wie Verfahren, die den vorstehend unter Bezug auf Elastomer-basierte Beschichtungen beschriebener Aushärtung als positiven Effekt nutzen können. Hierzu wird nachfolgend im Detail ausgeführt werden. Pre-ceramic polymers are well known with various prior art compositions. From the numerous publications, however, no use and adaptation to the present application case shows. So far, embedding ceramics in connection with seals have not been disclosed as well as methods which can use the curing described above with respect to elastomer-based coatings as a positive effect. This will be explained in detail below.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung beträgt eine Schichtdicke einer Beschichtung aus dem präkeramischen Polymer als reibvermindernde Beschichtung zwischen ca. 2 µm bis etwa 100 µm, vorzugsweise zwischen ca. 10 µm bis etwa 20 µm. Zu dünne Schichtdicken sind nachteilig, da sie zu wenig Schutzschicht vorhalten und in gewisser Weise als „Opferschicht“ dienen sollten. Dicke Schichten von über 20 µm zeigen von einem kompletten Wegplatzen der Schicht bis zu einer sehr guten Schutzwirkung sehr unterschiedliche Ergebnisse und müssen daher in einem jeweiligen Einsatz- und Anwendungsfall separat untersucht werden. Hier kommt es dann insbesondere auf das verwendete Substrat an, wobei ein hoher Ausdehnungskoeffizient und hohe Temperaturen eher zum Abplatzen führen. According to a preferred development of the invention, a layer thickness of a coating of the preceramic polymer as a friction-reducing coating is between about 2 μm to about 100 μm, preferably between about 10 μm to about 20 μm. Too thin layer thicknesses are disadvantageous because they provide too little protective layer and in in a way should serve as a "sacrificial layer". Thick layers of more than 20 μm show very different results from a complete bursting of the layer up to a very good protective effect and must therefore be investigated separately in a respective application and application. Here then it depends in particular on the substrate used, with a high expansion coefficient and high temperatures rather lead to flaking.

In einer alternativen Weiterbildung der Erfindung beträgt eine Schichtdicke einer Beschichtung aus dem präkeramischen Polymer als dichtungsverbessernde Schicht zwischen ca. 5 µm bis etwa 35 µm, vorzugsweise ist die Beschichtung aber nur so dick aufgebracht, sodass die Beschichtung gerade die Unebenheiten der Oberfläche des beschichteten Bauteils ausgleicht und damit zwischen ca. 5 µm bis etwa 20 µm liegt. Dickere Schichten haben hier i.d.R. keinen Vorteil, sie kosten lediglich mehr und halten unter Umständen schlechter. Üblicherweise liegen die Schichtdicken damit je nach Oberfläche des Gegenbauteils also regelmäßig zwischen ca. 5 µm bis etwa 20 µm. In an alternative embodiment of the invention, a layer thickness of a coating of the preceramic polymer as a seal improving layer between about 5 microns to about 35 microns, but preferably the coating is applied only so thick, so that the coating just compensates for the unevenness of the surface of the coated component and thus between about 5 microns to about 20 microns. Thicker layers have here i.d.R. no advantage, they only cost more and may be worse. Usually, the layer thicknesses are thus depending on the surface of the mating component so regularly between about 5 microns to about 20 microns.

Vorzugsweise ist das Material der Beschichtung eine Si-C-N-O Präkeramik, welche mit hexagonalem Bornitrid, abgekürzt als hBN bezeichnet, aufgefüllt ist. Ein Anteil des hBN-Füllers liegt bei ca. 5% etwa 50%, vorzugsweise zwischen ca. 10% bis etwa 40%. Im Falle der verschleißmindernden Schicht ist ein Bereich von ca. 10% bis etwa 30% angestrebt. Für eine abdichtende Variante der Beschichtung ist ein Bereich von ca. 5% bis 50% vorteilhaft. Die Porosität der Schicht kann in gewissen Grenzen durch die Größe der Bornitrid-Plättchen, als auch einen weiteren Fertigungsprozess in Form z.B. eines Stanz-/Biegeprozesses verändert werden. Diese Einstellung der Porosität der Beschichtung ist notwendig, um insbesondere Adhäsions- bzw. Kohäsionsfehler zu vermeiden. Als weitere oder zusätzliche Füllstoffe kommen MoS, Graphit, C-Nanotubes, Graphen und/oder Si₃N₄ in Betracht. Weiter sind auch SiCO, SiC, SiBCN, SiCN, SiBCNO als Precursor-Systeme bzw. Präkeramiken im Sinne der Erfindung einsetzbar. Preferably, the material of the coating is a Si-CNO preceramic, which is filled with hexagonal boron nitride, abbreviated as hBN. A proportion of the hBN filler is about 5% about 50%, preferably between about 10% to about 40%. In the case of the wear-reducing layer, a range of about 10% to about 30% is desired. For a sealing variant of the coating, a range of about 5% to 50% is advantageous. The porosity of the layer can be changed within certain limits by the size of the boron nitride platelets, as well as a further manufacturing process in the form of, for example, a punching / bending process. This adjustment of the porosity of the coating is necessary in order to avoid in particular adhesion or cohesion defects. Suitable additional or additional fillers are MoS, graphite, C nanotubes, graphene and / or Si ₃ N ₄ . Furthermore, SiCO, SiC, SiBCN, SiCN, SiBCNO can also be used as precursor systems or embedding ceramics in the context of the invention.

Weiter wird die vorstehende Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Dichtung der in verschiedenen Ausführungsformen vorstehend angegebenen Art, wobei die Beschichtung in einem Sprühprozess oder unter Anwendung eines Roll-Coat-Verfahrens auf ein jeweiliges Substrat bzw. mindestens auf einen in einer Einbaulage später ausgebildeten Kontaktbereich zwischen dem erste Teil und dem zweiten Teil aufgebracht wird. Further, the above object is achieved by a method for producing a gasket of the type specified above in various embodiments, wherein the coating in a spray process or using a roll-coat method on a respective substrate or at least one later formed in a mounting position Contact area between the first part and the second part is applied.

Dabei wird die Beschichtung bei nachfolgender Verwendung als reibvermindernde oder verschleißschützende Schicht an den Beschichtungsschritt an den Auftrag anschließend pyrolysiert. Durch diese Pyrolyse bzw. Wärmebehandlung erhält die Beschichtung erst ihre eigentliche bestimmungsgemäße Funktionsfähigkeit. The coating is then subsequently pyrolyzed to the coating on the application during subsequent use as a friction-reducing or wear-protecting layer on the coating step. As a result of this pyrolysis or heat treatment, the coating first obtains its actual proper functionality.

Vorzugsweise wird als tragendes Substrat ein Federstahl oder eine Nickelbasislegierung verwendet. Auf diesem tragenden Substrat wird eine Beschichtung während des Ausscheidungshärtens des tragenden Substrats keramisiert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Elastomerbeschichtungen verbrennt das Polymer innerhalb der Präkeramik jedoch nicht, sondern wandelt sich – zumindest teilweise und beispielsweise zu einem 50% Polymeranteil und 50% keramischer Anteil – in eine Keramik um. Ein nach dem Stand der Technik bekannter Austrag aus der Dichtung wird damit weitgehend unterbunden. Preferably, a spring steel or a nickel-based alloy is used as the supporting substrate. On this supporting substrate, a coating is ceramified during precipitation hardening of the supporting substrate. In contrast to conventional elastomer coatings, however, the polymer does not burn within the precursor ceramic, but transforms into a ceramic, at least partially and for example to a 50% polymer content and 50% ceramic content. A well-known from the prior art discharge from the seal is thus largely prevented.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird die Beschichtung bei Verwendung als abdichtende Schicht ohne den Schritt einer Wärmebehandlung ausgeliefert. In einem noch nicht wärmebehandelten Auslieferungs- und Einbauzustand wird eine bestmögliche Adaption an ein jeweiliges Gegenbauteil, das zweite Teil, ermöglicht. Erst nach Abschluss eines Einbaus mit damit optimaler Anformung der Beschichtung zwischen den Teilen wird die Beschichtung in einem Temperaturbereich über 150°C fortschreitend ausgehärtet. Alternativ kann auch eine vorgehärtete Beschichtung vorgesehen sein, die beim Zusammenbau aufgrund ihrer Härte eine Glättung von Rauigkeiten in einem Kontaktbereich bewirkt und in einem Einsatz insbesondere bei erhöhter Temperatur über die Zeit hin weiter ausgehärtet wird. In an alternative embodiment of the invention, when used as a sealing layer, the coating is delivered without the step of heat treatment. In a not yet heat treated delivery and installation state, the best possible adaptation to a respective counterpart component, the second part, is made possible. Only after completion of an installation with thus optimal molding of the coating between the parts of the coating in a temperature range above 150 ° C is progressively cured. Alternatively, it is also possible to provide a precured coating which, on account of its hardness, causes smoothening of roughness in a contact region during assembly and is further cured over time in an insert, in particular at elevated temperature.

Über die vorstehend angegebenen Ausführungsformen der Erfindung hinweg wurde eine nur „einseitige“ Beschichtung eines Dichtungspartners beschrieben. Vor dem Hintergrund einer hohen Fertigungsflexibilität bei geringen Herstellungskosten wird die Verwendung einer separaten Dichtungs-Zwischenlage bevorzugt. Dementsprechend ist in einer besonderen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass eine Beschichtung beidseitig auf eine Dichtungslage in Form eines metallischen Trägers aufgetragen ist. Dabei ist der metallische Träger insbesondere in Form eines Blechs ausgeführt. Eine Auswahl bezüglich der Beschichtung sowie der Mächtigkeit der jeweiligen Beschichtung kann weiterhin entsprechend der vorstehenden Beschreibung ausgewählt werden. Over the above-mentioned embodiments of the invention, a "single-sided" coating of a sealing partner has been described. Against the background of high manufacturing flexibility with low production costs, the use of a separate sealing intermediate layer is preferred. Accordingly, it is provided in a particular embodiment of the invention that a coating is applied on both sides to a gasket layer in the form of a metallic carrier. In this case, the metallic carrier is designed in particular in the form of a sheet. A selection regarding the coating and the thickness of the respective coating can furthermore be selected as described above.

Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung: Hereinafter, further features and advantages of the invention will be explained with reference to an embodiment with reference to the drawing. Therein show in a schematic representation:

1: eine Schnittdarstellung durch eine Ausführungsform einer Dichtung in einer nicht weiter dargestellten Einbausituation; 1 : a sectional view through an embodiment of a seal in a mounting situation, not shown;

2: eine Schnittdarstellung durch einen mit einer Beschichtung versehenen ersten Teil; 2 a sectional view through a provided with a coating first part;

3: eine Schnittdarstellung durch einen zweiten Teil mit geringer Oberflächengüte vor einem Zusammenbau der Dichtung; 3 Fig. 3 is a sectional view through a second part of low surface quality prior to assembly of the gasket;

4: Schnittdarstellungen durch einen ersten sowie einen zweiten Teil und einen mit Beschichtungen versehenen Träger analog der Darstellung der 2 und 3; 4 FIG. 2: sectional views through a first and a second part and a carrier provided with coatings analogous to the illustration of FIG 2 and 3 ;

5: eine Schnittdarstellung der Ausführungsform gemäß 4 in einem zusammengebauten Zustand; 5 a sectional view of the embodiment according to 4 in an assembled state;

6: eine Draufsicht auf eine Dichtungslage an einer Verbrennungskraftmaschine; 6 a top view of a gasket layer on an internal combustion engine;

7: eine Seitenansicht der Dichtungslage von 6 in einer Einbausituation; 7 : a side view of the gasket layer of 6 in a mounting situation;

8: eine Draufsicht auf eine Dichtungslage für einen Flansch in einer Abgasleitung und 8th FIG. 2: a plan view of a gasket layer for a flange in an exhaust pipe and FIG

9: ein vergrößerter Ausschnitt aus der Schnittdarstellung der Dichtungslage von 8 in einer Einbausituation. 9 : an enlarged section of the sectional view of the gasket layer of 8th in a mounting situation.

Über die verschiedenen Abbildungen der Zeichnung hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Throughout the various figures of the drawing, the same reference numerals are always used for the same elements.

1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Ausführungsform einer Dichtung 1 in einem fertig zusammengebauten Zustand. Hier ist ein erster Teil 2, der mit mindestens einer Beschichtung 3 versehen ist, über die Beschichtung 3 mit einem zweiten Teil 4 abdichtend verbunden. 1 shows a sectional view through an embodiment of a seal 1 in a ready assembled state. Here is a first part 2 that has at least one coating 3 is provided over the coating 3 with a second part 4 sealingly connected.

In einer dargestellten Einbaulage ist in einem Kontaktbereich ein Kontakt zwischen dem erste Teil 2 und dem zweiten Teil 4 durch die plastische Verformbarkeit der Beschichtung 3 dadurch maximal intensiviert worden, dass die Beschichtung 3 aus einem präkeramischen Polymer besteht. In an illustrated installation position in a contact region, a contact between the first part 2 and the second part 4 by the plastic deformability of the coating 3 This has maximally intensified that coating 3 consists of a preceramic polymer.

Vor einem Zusammenbau ist die Beschichtung 3 auf einer Oberfläche 5 des ersten Teils 2 aufgetragen worden, wie in 2 dargestellt. Diese Oberfläche 5 weist hier eine sehr hohe Oberflächengüte und damit eine geringe Rauigkeit bzw. Rautiefe x auf. Im Vergleich hierzu ist eine Oberfläche 6 des zweiten Teils 4 mit einer deutlich geringeren Oberflächengüte skizziert, um einen entsprechenden Unterschied zu verdeutlichen. Hier ist in 3 also eine Rautiefe y angedeutet worden, die eine hohe Dichtigkeit grundsätzlich nicht zulassen würde. Aufgrund der plastischen Verformbarkeit der Beschichtung 3 wird jedoch nach einem Zusammenbau in einer Einsatzsituation eine sehr gute Dichtigkeit auch ohne zuvor durchgeführte Oberflächenbehandlung der Oberfläche 6 des ersten Teils 4 erzielt. Before assembly is the coating 3 on a surface 5 of the first part 2 been applied as in 2 shown. This surface 5 has here a very high surface quality and thus a low roughness or roughness depth x. In comparison, there is a surface 6 of the second part 4 with a significantly lower surface quality outlined to illustrate a difference. Here is in 3 So a roughness y has been indicated, which would not allow a high density in principle. Due to the plastic deformability of the coating 3 However, after assembly in an application situation, a very good tightness even without previously performed surface treatment of the surface 6 of the first part 4 achieved.

Analog der Darstellungen der 2 und 3 zeigt 4 eine Schnittdarstellung durch einen ersten Teil 2 sowie einen zweiten Teil 4 einer Flanschverbindung mit einer zwischen nur angedeuteten Flanschen angeordneten Dichtungslage 7 in Form eines beidseitig mit Beschichtungen 3 versehenen Trägers 8. Die Oberflächen dieses Trägers 8, der im vorliegenden Fall als Metallblech ausgeführt ist, weisen eine hohe Oberflächengüte auf, sodass hier auf eine Einzeichnung von Rautiefen verzichtet worden ist. Beide Oberflächen sind mit jeweiligen Beschichtungen 3a, 3b aus einem präkeramischen Polymer versehen. Analogous to the representations of the 2 and 3 shows 4 a sectional view through a first part 2 and a second part 4 a flange with a arranged between only indicated flanges gasket layer 7 in the form of a two-sided with coatings 3 provided vehicle 8th , The surfaces of this vehicle 8th , which is designed in the present case as a metal sheet, have a high surface quality, so that has been dispensed with a recording of roughness. Both surfaces are with respective coatings 3a . 3b made of a preceramic polymer.

Mit dem Zusammenbau und dem Verspannen entlang der nur durch strich-punktierte Linien dargestellten Verschraubungen tritt nun beidseits des Trägers 7, der zuvor mit Bezugnahme auf die Abbildung von 1 beschrieben wurde, ein Effekt auf, wonach das Material der Beschichtungen 3a, 3b nun die Rauigkeiten der zugeordneten Oberflächen 5, 6 abdichtend ausfüllen. Es ergibt sich damit ein wesentlich verbesserter Dichtungsverbund. Diese Dichtung ist aufgrund der gewählten Materialien auch in einem höheren Betriebstemperaturbereich dauerhaft zuverlässig einsetzbar. With the assembly and the bracing along the screw connections shown only by dash-dotted lines now occurs on both sides of the carrier 7 previously referring to the figure of 1 described an effect, according to which the material of the coatings 3a . 3b now the roughness of the associated surfaces 5 . 6 fill in sealing. This results in a much improved sealing compound. Due to the selected materials, this seal can also be used reliably over long periods in a higher operating temperature range.

Vorstehend sind vor allen Dingen präkeramische Polymere als weiche Schichten verwendet worden, da sie sich sehr gut einem jeweiligen Gegenbauteil anpassen können, um Unebenheiten durch plastische Verformungen auszugleichen bzw. auszufüllen. Ferner besteht die Möglichkeit eines Einsatzes bereits gehärteter oder zumindest vorgehärteter präkeramischer Beschichtungen. Hier besteht die Möglichkeit, dass im Zuge eines Zusammenbaus Unebenheiten des Gegenbauteils durch eine präkeramische Beschichtung glattgedrückt bzw. eingeebnet werden können. Auch hiermit würde ein Ausgleich von Unebenheiten unter Vermittlung der präkeramischen Beschichtung erfolgen können. Harte Schichten sind jedoch sehr spröde, wohingegen weiche Beschichtungen beim Aushärten noch schrumpfen. Es bleibt also dem jeweiligen Anwendungsfall vorbehalten, zu welcher Art der Beschichtung jeweils gegriffen wird, um ein optimales und langlebiges Dichtungskonzept zu realisieren. Above all, preceramic polymers have been used as soft layers, since they can very well adapt to a respective counterpart component in order to compensate for unevenness by plastic deformation. Furthermore, there is the possibility of using already hardened or at least precured preceramic coatings. Here, there is the possibility that in the course of assembly unevenness of the counter component can be smoothed out or leveled by a preceramic coating. Also hereby a compensation of unevenness could be done by mediating the preceramic coating. However, hard coatings are very brittle, whereas soft coatings still shrink when cured. It therefore remains the particular application reserved, which type of coating is used in each case to realize an optimal and durable seal concept.

Mit Blick auf den Bereich des Einsatzes von Dichtungen unter Reibverschleiß werden die folgenden Ausführungsbeispiele beschrieben: 6 zeigt eine Skizze der Draufsicht auf eine Dichtungslage an einer Verbrennungskraftmaschine. Bei einer bekannten Werkstoffauswahlkombination, beispielsweise Zylinderkopf 2 in Aluminium, Dichtungslage 7 in Federstahl und Krümmer 4 als Gussbauteil mit angeschlossener Abgasleitung A, treffen sehr unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten, als auch unterschiedliche Temperaturen der Bauteile unmittelbar aufeinander. Neben den vorstehend beschriebenen Unterschieden in der Materialauswahl wird ein Zylinderkopf regelmäßig gekühlt, wobei nachfolgend keine Kühlung der Bauteile mehr vorgesehen ist. Es treten damit Bewegungen zwischen dem Zylinderkopf und dem Krümmer auf, welche von der Dichtung aufgenommen bzw. abgefangen werden müssen. Hierzu sind in der Praxis Bewegungen von bis zu 5 mm festgestellt worden. Bedingt durch die hohen Einspannkräfte durch die in 7 angedeuteten Zugbolzen und Verschraubungen durch Ausnehmungen 9 der Dichtungslage mit zusätzlichen Öffnungen 10 als Ausnehmungen für Brennkammern hindurch wirken auf die Dichtungslage 7 entsprechend hohe Reibungskräfte verschleißend ein. Hierzu veranschaulicht die Abbildung von 7 als Seitenansicht der Dichtungslage 7 von 6 in einer Einbausituation nochmals die einzelnen Schichten mit jeweils unterschiedlichen thermischen Längenausdehnungen. Zur Verschleißminderung wird hier eine Dichtungslage 7 mit nicht weiter zeichnerisch dargestellten Beschichtungen 3 an beiden Oberflächen eines Trägers 8 in Form eines Metallblechs vorgesehen. Die präkeramische Beschichtungen 3 dienen dabei einer Abriebminderung. With regard to the field of use of seals under frictional wear, the following embodiments are described: 6 shows a sketch of the top view of a gasket layer on an internal combustion engine. In a known material selection combination, for example, cylinder head 2 in aluminum, gasket layer 7 in spring steel and elbow 4 as a cast component with connected exhaust pipe A, very different temperature expansion coefficients, as well as different temperatures of the components meet each other directly. In addition to the differences in material selection described above, a cylinder head is cooled regularly, with no further cooling of the components is provided below. There are thus movements between the cylinder head and the manifold, which must be absorbed or intercepted by the seal. For this purpose, movements of up to 5 mm have been found in practice. Due to the high clamping forces caused by the in 7 indicated draw bolt and screw connections through recesses 9 the gasket layer with additional openings 10 as recesses for combustion chambers act on the gasket layer 7 correspondingly high frictional forces wear. The illustration of 7 as a side view of the gasket layer 7 from 6 in an installation situation again the individual layers, each with different thermal length expansions. To reduce wear here is a gasket layer 7 with coatings not shown in the drawing 3 on both surfaces of a carrier 8th provided in the form of a metal sheet. The preceramic coatings 3 serve to reduce abrasion.

Neben unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten können Verschleißerscheinungen in Bereichen von Dichtungen 1 auch aufgrund von System-Dynamiken auftreten. Hierzu zeigt die Skizze von 8 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Dichtungslage 7 für einen Flansch in einer Abgasleitung A einer Verbrennungskraftmaschine. Der durch die Zylinder getakte Auslass von Abgasen versetzt ein Gesamtsystem mechanisch in Schwingungen, sodass sich die jeweiligen Gegenbauteile auch im Bereich einer Flanschverbindung relativ zueinander bewegen. In addition to different coefficients of thermal expansion can wear in areas of seals 1 also occur due to system dynamics. The sketch of 8th a plan view of an embodiment of a gasket layer 7 for a flange in an exhaust pipe A of an internal combustion engine. The outlet of exhaust gases cycled through the cylinders mechanically vibrates an overall system, so that the respective counterpart components also move relative to one another in the region of a flange connection.

Die in diesen Bereichen verwendeten Dichtungslagen weisen bekanntermaßen kreisförmig um eine Ausnehmung für einen Gaskanal 11 herum geschlossene Sicken 12 auf. Anhand der vergrößerten Ausschnittsdarstellung einer Sicken-Dichtungslage in einer Einbausituation gemäß 9 wird deutlich, dass im Wesentlichen die mit strich-punktierte Linie umschlossenen Bereiche der Sicke 12 durch ihre Anlage an den jeweiligen Flanschen 2, 4 im Zuge deren Relativbewegung stark durch Verschleiß belastet werden. Hier wird ein weiteres Mal eine verschleißmindernde Beschichtung einer Dichtungslage 8 mit oberflächlich aufgetragener präkeramischer Beschichtung 3a, 3b vorteilhaft als Verschleißminderung verwendet. Damit wird eine Standzeit einer Sickendichtung auch im hochtemperierten Einsatzfeld einer Abgasleitung mit zusätzlicher mechanischer Schwingungsbelastung deutlich verlängert. The gasket layers used in these areas are known to be circular around a recess for a gas channel 11 around closed beads 12 on. Based on the enlarged sectional view of a bead-sealing layer in a mounting situation according to 9 it becomes clear that essentially the areas of the bead surrounded by dash-dotted line 12 by their attachment to the respective flanges 2 . 4 in the course of their relative movement are heavily burdened by wear. Here again, a wear-reducing coating of a gasket layer 8th with superficially applied preceramic coating 3a . 3b advantageously used as a reduction in wear. This significantly prolongs the service life of a bead seal even in the highly temperature-controlled field of use of an exhaust pipe with additional mechanical vibration load.

Im Falle einer Verwendung der Beschichtung 3 als abdichtende Schicht ist ein Einsatz auf bzw. an allen Bauteilen denkbar. Sinnvoll ist dies bereits ab einem Einsatz-Temperaturbereich über 150°C. In darunterliegenden Betriebstemperaturbereichen sind andere Systeme bei geringeren Kosten verfügbar und erfüllen das technische Anforderungsprofil ebenso. In case of using the coating 3 As a sealing layer is a use on or on all components conceivable. This is useful already from a service temperature range above 150 ° C. In lower operating temperature ranges, other systems are available at a lower cost and meet the technical requirement profile as well.

Für die reibmindernde bzw. verschleißschützende Variante der Beschichtung 3 bietet sich ein Einsatz in allen Dichtungen 1 mit Relativbewegung an. Ein besonderes Ausführungsbeispiel bietet sich hier bei Federstählen oder Nickelbasislegierungen als tragendem Substrat an, da hierbei die aufgetragene Beschichtung während des Ausscheidungshärtens des Substrats zugleich keramisiert werden kann. For the Reibmindernde or wear-protective variant of the coating 3 offers a use in all seals 1 with relative movement. A particular exemplary embodiment lends itself here as a load-bearing substrate to spring steels or nickel-base alloys, since in this case the applied coating can be simultaneously ceramized during the precipitation hardening of the substrate.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Dichtung poetry
2 2: erster Teil first part
3 3: Beschichtung coating
3a, 3b3a, 3b: Beschichtung (beidseitig) Coating (both sides)
4 4: zweiter Teil second part
5 5: Oberfläche des ersten Teils 2 Surface of the first part 2
6 6: Oberfläche des zweiten Teils 4 Surface of the second part 4
7 7: Dichtungslage mit Beschichtungen an beiden Oberflächen Sealing layer with coatings on both surfaces
8 8th: Träger / Metallblech Carrier / sheet metal
9 9: Ausnehmung für Zugbolzen/Verschraubung Recess for tension bolt / screw connection
10 10: Ausnehmung (Brennkammer) Recess (combustion chamber)
11 11: Gaskanal gas channel
12 12: Sicke, radial geschlossen Bead, radially closed
A A: Abgasleitung exhaust pipe
d d: Schichtdicke layer thickness
Δl .DELTA.l: jeweilige thermische Längenausdehnung der Bauteile respective thermal expansion of the components
x x: Rautiefe / Unebenheiten des ersten Teils 2 Roughness / unevenness of the first part 2
y y: Rautiefe / Unebenheiten des zweiten Teils 4 Roughness / unevenness of the second part 4

Claims

Poetry ( 1 ), where at least a first part ( 2 ) with at least one coating ( 3 ), on which the first part ( 2 ) with a second part ( 4 ) in an installed position, characterized in that the coating ( 3 ) in a contact area between the first part ( 2 ) and the second part ( 4 ) consists of a preceramic polymer.

Poetry ( 1 ) according to the preceding claim, characterized in that a layer thickness (d) of the coating ( 3 ) from the preceramic polymer which is used as a friction-reducing coating ( 3 ) is formed, between about 5 microns to is about 35 μm, preferably between about 10 μm to about 20 μm.

Poetry ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a layer thickness (d) of the coating ( 3 ) from the preceramic polymer which is used as a seal-improving coating ( 3 ) is between about 5 microns to about 35 microns, preferably, the coating ( 3 ) but applied only so thick that the coating ( 3 ) just the unevenness (x, y) of the surface ( 5 . 6 ) at least the uncoated component ( 4 ) and thus lies between about 5 microns to about 20 microns.

Poetry ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the coating ( 3 ) is a Si-CNO prepolymer filled with hexagonal boron nitride (hBN), wherein a proportion of the filler at about 5% is about 50%, preferably between about 10% to about 40%.

Poetry ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the coating ( 3 ) on both sides on a gasket layer ( 7 ) is applied in the form of a metallic carrier, in particular in the form of a sheet.

Method for producing a seal ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which at least a first part ( 2 ) with at least one coating ( 3 ), the first part ( 2 ) in an installed position over the coating ( 3 ) with a second part ( 4 ), characterized in that the coating ( 3 ) in a spray process, or by using a roll-coat method on a respective substrate or at least on a later formed in a mounting position contact area between the first part ( 2 ) and the second part ( 4 ) is applied.

Method according to the preceding claim, characterized in that the coating ( 3 ) is subsequently pyrolyzed to the coating step when used as a friction-reducing or wear-protective layer.

Method according to one of the two preceding claims, characterized in that a spring steel or a nickel-based alloy is used as the supporting substrate, on which a coating ( 3 ) is ceramified during precipitation hardening.

Method according to claim 6, characterized in that the coating ( 3 ) when used as a sealing layer without the step of a heat treatment and progressively cured after installation in a temperature range above 150 ° C, or a precured coating ( 3 ) is further cured in use.

Method according to one of the preceding claims 6 to 9, characterized in that the coating ( 3 . 3a . 3b ) on both sides on a gasket layer ( 7 ) in the form of a metallic carrier ( 8th ) is applied.