DE19713053A1 - Flachdichtung mit Gleiteigenschaften aufweisender Oberfläche - Google Patents
Flachdichtung mit Gleiteigenschaften aufweisender OberflächeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung, insbeson
dere eine Zylinderkopfdichtung, mit mindestens einer
Metallage, die eine über eine Haftvermittlungsschicht
aufgebrachte Elastomerbeschichtung aufweist, wobei
die Haftvermittlungsschicht selbst Gleiteigenschaft
verleihende Mittel enthält und/oder eine zusätzliche
Gleitschicht aufweist.
Flachdichtungen, insbesondere Zylinderkopfdichtungen
für Brennkraftmaschinen, werden zunehmend als Mehr
lagenmetalldichtung ausgeführt und bestehen dabei
üblicherweise aus einer bis vier Einzellagen. Zur
Abdichtung der Medien werden dabei eine oder mehrere
vorzugsweise aus Stahl bestehende Lagen, gesickt,
gefalzt bzw. gekantet. Die Dichtflächen von derarti
gen Flachdichtungsmaterialien werden darüberhinaus
zur Verbesserung ihrer Abdichtgüte mit ein- oder
beidseitigen teil- oder ganzflächigen Beschichtungen
aus polymeren Materialien versehen. Als polymere Ma
terialien kommen dabei grundsätzlich Elastomere,
Thermoplaste oder Duroplaste zum Einsatz, die sich
beim Einbau unter der Dichtpressung noch verformen
und dadurch an den korrespondierenden Dichtflächen
gut anliegen und abdichten. Beispiele für derartige
Polymermaterialien sind Fluor-Kautschuk, Polyimid,
Kunstharz, Nitrilbutadien usw.
Aus der DE 39 05 922 ist es weiterhin bekannt, einer
derartigen Polymerbeschichtung zusätzlich Fest
schmierstoffe zuzusetzen, um die Gleitreibung herab
zusetzen. Als Festschmierstoffzusatz wird dabei ein
Gemisch aus feinkörnigem bis pulvrigem Polytetraflu
orethylen und feinkörnigem bis pulvrigem Molybdändi
sulfit vorgeschlagen.
In der DE 38 02 090 C2 wird ebenfalls eine Elastomer
beschichtung für Metalldichtungen beschrieben, wobei
hier pulvrige mineralische Füllstoffe, beispielsweise
Siliciumdioxid, Silikate oder Kaoline zur Herabset
zung der Gleitreibung vorgeschlagen werden.
Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, zwi
schen eine wie vor stehend beschriebene Polymerbe
schichtung und der obersten Metallage einer Metall
dichtung noch zusätzlich eine Haftvermittlungsschicht
aufzubringen, die unter den Betriebsbedingungen ein
Ablösen der Elastomerbeschichtung verhindern soll.
Derartige Haftvermittlungsschichten bestehen z. B. aus
Silanen, Epoxi- oder Polyimid- oder Phenolharzen.
Es hat sich nun gezeigt, daß auch eine Elastomerbe
schichtung mit Gleiteigenschaft verleihenden Mitteln
und/oder mit einer zusätzlichen Haftschicht unter den
herrschenden thermisch/mechanisch bedingten Relativ
bewegungen der Bauteile abgelöst wird oder aufplatzen
kann. Dadurch kommt es dann zu einem direkten Kontakt
zwischen der obersten Metallage und dem Bauteil, wo
durch sich in der Metalldichtung und/oder dem Bauteil
Rinnen, Furchen und/oder kleine Krater bilden, die
die Dichteigenschaften wesentlich beeinflussen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb,
ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der
Technik, eine Flachdichtung vorzuschlagen, bei der
trotz Ablösen der Polymerbeschichtung eine Beschädi
gung der Bauteile bzw. der Dichtung nahezu vollstän
dig verhindert wird.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen
vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Die erfindungsgemäße Lösung schlägt somit einen ande
ren Weg ein, wie er bisher aus dem Stand der Technik
bekannt war. Wie eingangs geschildert, ist bisher so
vorgegangen worden, daß die Elastomerbeschichtung
selbst mit Gleiteigenschaften verleihenden Mitteln
versehen wurde. Die Haftvermittlungsschicht hatte
dabei immer und ausschließlich die Aufgabe, einen
festen Verbund zwischen der Elastomerbeschichtung und
der Oberseite der Metallage herzustellen. Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß zwi
schen der Elastomerbeschichtung und der Oberseite der
Metalldichtung Gleiteigenschaften realisiert werden.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung übernimmt somit die
Haftvermittlungsschicht - gegebenenfalls in Verbin
dung mit der separaten Gleitschicht/Trennschicht -
noch zusätzlich die Aufgabe, die Gleitreibung herab
zusetzen. Dies wird dadurch erreicht, daß der Haft
vermittlungsschicht selbst Gleiteigenschaft verlei
hende Mittel zugesetzt werden, und/oder daß zwischen
der Haftvermittlungsschicht und der Oberseite der
Metallage noch mindestens eine zusätzliche Gleit
schicht/Trennschicht aufgebracht oder ausgebildet
wird.
Die Gleiteigenschaften zwischen der Elastomerbe
schichtung und der Metallage werden somit nach der
Erfindung dadurch realisiert, daß entweder die Haft
vermittlungsschicht selbst Gleiteigenschaft verlei
hende Mittel enthält oder daß zwischen der Haftver
mittlungsschicht mit oder ohne gleiteigenschaftsver
leihende Mittel eine zusätzliche Gleitschicht/Trenn
schicht auf die Metallage aufgebracht wird.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß
selbst bei höchsten Anforderungen, wie sie in jüng
ster Zeit zunehmend bei der Leichtbauweise auftreten,
keinerlei Abrieb und Verletzungen des metallischen
Bauteils oder der Dichtungsoberfläche - auch unter
Langzeitanwendungen - festgestellt wurden.
Bei der erfindungsgemäßen Flachdichtung ist es bevor
zugt, wenn in der Haftvermittlungsschicht selbst
gleiteigenschaftsverleihende Mittel eingebracht wer
den. Bevorzugt werden hierbei Festschmierstoffe usw.
verwendet.
Als Festschmierstoffe können grundsätzlich alle aus
dem Stand der Technik bekannten eingesetzt werden.
Ein Überblick über derartige Festschmierstoffe ist
aus Braithwaite, E.R.: "Solid Lubricants and Surfa
ces", Pergamon Press (1964), zu entnehmen. Bevorzugt
sind MoS2, Graphit, BN, CdS2, PbS2, PbS, PbO, ZnS,
CaS, MoO3 sowie weiche Metalle wie Au, Ag, Pt, Pb und
Co. Geeignet sind auch viscoelastische Flüssigkeiten
wie Metallsilicate und Metallphosphate.
Verfahrensmäßig wird dabei so vorgegangen, daß der
Haftvermittlungsschicht selbst vor dem Auftrag die
entsprechenden Festschmierstoffe mit einem Anteil von
0,5 bis 40 Gew.-% zugesetzt werden. Die Haftvermitt
lungsschicht kann dann mit den an und für sich aus
dem Stand der Technik bekannten Verfahren wie Sprit
zen, Tauchen, Zentrifugieren, Aufpinseln, Walzen oder
Gießen aufgebracht werden.
Eine Variante besteht darin, daß der Haftvermitt
lungsschicht selbst organische Verbindungen zugesetzt
werden, die dann unter Betriebsbedingungen mit der
Oberfläche der Metalldichtung reagieren, so daß sich
dann eine zusätzliche Gleitschicht ausbildet. Als
organische Verbindungen kommen hierbei z. B. sog.
EP-Additive in Frage, wie sie z. B. in "Tribology of thin
Layers", TROBOLOGIY SERIES, 4, Elsevier S.P.C, 1980,
beschrieben sind. Auch hier kann, wie bei dem Zusatz
der Festschmierstoffe, so vorgegangen werden, daß
diese organischen Verbindungen dem Haftvermittler vor
dem Auftrag zugesetzt werden.
Eine weitere Möglichkeit, zwischen der Elastomerbe
schichtung und der Oberseite der Metallfläche Gleit
eigenschaften zu realisieren, besteht darin, daß zwi
schen der Elastomerbeschichtung und der Oberseite der
Metallschicht mindestens eine zusätzliche Gleit
schicht aufgebracht wird. Im einfachsten Fall kann
eine derartige Gleitschicht eine Metallschicht, z. B.
aus Kupfer, Zink, Cadmium oder Blei sein. Derartige
Gleitschichten aus Metall können z. B. mittels des
bekannten Flammspritzens aufgebracht werden. Anstelle
der Metallschichten können auch quasikristalline
Schichten eingesetzt werden.
Geeignete quasikristalline Schichten sind z. B. in
Physica scripto, Vol. T 49, 17-23, 1993, beschrieben.
Bevorzugte Beispiele sind: Al65Cu20Fe15, Al64Cu18Fe8Cr8,
Al67Cu9Fe10,5Cr10,5Si3 sowie icosahedrale AlCuLi, decago
nale AlcucrSi und AlRuCu. Die Dicke der zusätzlichen
Gleitschicht sollte im Regelfall zwischen 1 und 50
µm, bevorzugt bis 30 µm, betragen.
Erfindungsgemäß kann auch eine anorganische Schicht
durch Phosphatierung oder Nitridierung der Metall
oberfläche erzeugt werden.
Die Haftvermittlungsschicht selbst besteht bei der
erfindungsgemäßen Flachdichtung bevorzugt aus Silanen
und/oder Phenolharz und weist eine Dicke von 0,3 bis
30 µm auf.
Claims (10)
1. Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdich
tung, für Brennkraftmaschinen mit mindestens
einer Metallage und einer ein- oder beidseitig,
ganz- oder teilflächig über eine Haftvermitt
lungsschicht aufgebrachten Elastomerbeschich
tung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Haftvermittlungsschicht Gleiteigenschaft verleihende Mittel enthält, oder
daß zwischen der Haftvermittlungsschicht mit und/oder ohne Gleiteigenschaft verleihenden Mit teln und der Oberseite der Metallage mindestens eine zusätzliche Gleitschicht oder Trennschicht vorhanden ist.
daß die Haftvermittlungsschicht Gleiteigenschaft verleihende Mittel enthält, oder
daß zwischen der Haftvermittlungsschicht mit und/oder ohne Gleiteigenschaft verleihenden Mit teln und der Oberseite der Metallage mindestens eine zusätzliche Gleitschicht oder Trennschicht vorhanden ist.
2. Flachdichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Haftvermitt
lungsschicht Festschmierstoffe enthält.
3. Flachdichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Festschmier
stoffe strukturwirksame Festschmierstoffe, me
chanisch wirksame Festschmierstoffe, Metallsei
fen oder chemisch aktive Festschmierstoffe sind.
4. Flachdichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Haftvermitt
lungsschicht organische Verbindungen enthält,
die unter Betriebsbedingungen mit der Oberfläche
der Metalldichtung reagieren können, so daß sich
eine zusätzliche Gleitschicht ausbildet.
5. Flachdichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Ver
bindungen Fettsäuren, Ester, Chlor, Schwefel,
schwefelhaltige Fettsäureester und/oder Phos
phorverbindungen wie Metallthiophosphate sind.
6. Flachdichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Haft
vermittlungsschicht mit oder ohne Gleiteigen
schaft verleihenden Mitteln und der Oberseite
der Metallage als zusätzliche Gleitschicht eine
Metallschicht oder quasikristalline Schicht an
geordnet oder als Trennschicht eine anorganische
Schicht durch Phosphatierung oder Nitridierung
aufgebracht ist.
7. Flachdichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht
aus Zink, Cadmium, Kupfer oder Blei besteht.
8. Flachdichtung nach mindestens einem der Ansprü
che 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche
Schicht eine Dicke von 1 bis 50 µ aufweist.
9. Flachdichtung nach mindestens einem der Ansprü
che 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Haftvermittler
schicht aus Silanen, Epoxidharzen, Polyimidhar
zen oder Phenolharzen besteht.
10. Flachdichtung nach mindestens einem der Ansprü
che 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Haftvermittler
schicht eine Dicke von 0,1 bis 30 µm hat.
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