DE19829058A1 - Beschichtete Flachdichtung und Verfahren zum Herstellen einer beschichteten Flachdichtung - Google Patents
Beschichtete Flachdichtung und Verfahren zum Herstellen einer beschichteten FlachdichtungInfo
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Abstract
Es wird eine Flachdichtung mit mindestens einer metallischen Lage, die mindestens einen Dichtungsdurchbruch und zumindest bereichsweise eine linienförmige und/oder flächige Überhöhung in Form einer Beschichtung aufweist, beschrieben, wobei die Beschichtung mindestens einen Duroplasten und zumindest einen metallischen Füllstoff enthält.
Description
Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung mit min
destens einem Dichtungsdurchbruch und mindestens
einer metallischen Lage, auf welcher zumindest
bereichsweise eine linienförmige und/oder flächige
Überhöhung in Form einer Beschichtung aufgebracht
ist. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Ver
fahren zum Herstellen einer beschichteten Dichtung.
Es ist bekannt, daß auf metallischen Lagen einer
Flachdichtung auf technologisch einfache Weise
flächige oder linienförmige Überhöhungen in Form von
Beschichtungen aufgebracht werden können, welche eine
stützende Funktion als z. B. Abstandshalter oder
Federwegbegrenzer aufweisen.
In der EP 0 797 029 A1 werden durch Siebdruck herge
stellte Federwegbegrenzer beschrieben, welche aus
einem Bindemittel und einem oder mehreren Füllstoffen
bestehen. Als Füllstoffe werden mineralische Mate
rialien mit einem geringen thermischen Ausdehnungs
koeffizienten vorgeschlagen. Der Füllstoffanteil wird
möglichst hoch gewählt und ist lediglich durch die
Transportfähigkeit der Beschichtungsmischung im Sieb
druckverfahren nach oben begrenzt. Durch den hohen
Füllstoffanteil resultiert ein hochbelastbarer,
unelastischer Federwegbegrenzer.
Nachteilig bei diesen Überhöhungen ist deren zumeist
ungenügende thermische Stabilität. Aufgrund des hohen
Füllstoffanteiles ist weiterhin nachteilig, daß die
Überhöhungen eine nur geringe Anpassungsfähigkeit an
Unebenheiten oder Mikrorisse der abzudichtenden
Bauteile oder weiterer metallischer Flachdichtungs
lagen aufweisen.
Ausgehend von den Nachteilen des Standes der Technik
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Flach
dichtung und insbesondere eine Zylinderkopfdichtung
mit einer eine stützende Funktion besitzenden Über
höhung zu schaffen, welche durch Beschichtungsverfah
ren aufgebracht werden kann und verbesserte Eigen
schaften insbesondere in bezug auf die Einsatztem
peraturen und das Abdichtverhalten aufweist. Aufgabe
ist weiterhin, ein Verfahren zur Herstellung derar
tiger Überhöhungen anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Flachdichtung
gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren zur Herstel
lung einer Flachdichtung gemäß Anspruch 17. Die je
weiligen Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausge
staltungen und Weiterbildungen der Erfindung.
Es wird eine mindestens eine metallische Lage auf
weisende Flachdichtung vorgeschlagen, die eine Über
höhung in Form einer linienförmigen und/oder flä
chigen Beschichtung aufweist, welche mindestens einen
Duroplasten und mindestens einen metallischen Füll
stoff enthält. Der metallische Füllstoff gewähr
leistet neben einer Verbesserung der Stützfunktion
eine im Vergleich zu mineralischen Füllstoffen ver
besserte Wärmeableitung innerhalb der Beschichtung.
Daraus resultiert eine verbesserte thermische Sta
bilität der Überhöhung, da die Wärme von der
Beschichtung in die metallische Lage fließen kann und
sich auch innerhalb der Beschichtung gleichmäßiger
verteilt. Durch die Verwendung des Duroplasten erhält
man zudem im Vergleich zu rein metallischen Über
höhungen die Möglichkeit, die Stützfunktion der Über
höhung gezielt einstellen zu können. Insbesondere ist
das Verformungsverhalten der Überhöhung aufgrund des
Duroplastanteiles wesentlich vorteilhafter als bei
rein metallischen Überhöhungen.
Bevorzugt werden Duroplaste verwendet, welche bereits
bei Raumtemperatur eine plastische Verformbarkeit
zeigen. Die plastische Verformbarkeit sollte bevor
zugt bis zum Glaspunkt der Duroplaste konstant blei
ben, wobei der Glaspunkt der Duroplaste möglichst
hoch und bevorzugt über 150°C liegen sollte, um ein
zu frühes Einbrechen der Stützfunktion zu verhindern.
In Versuchen stellte sich heraus, daß ein gewisses
Maß an plastischem Verhalten speziell in der Ein
bauphase der Dichtung von Vorteil ist, da es eine
gute Anpassung der Überhöhung an Unregelmäßigkeiten
in der Oberfläche der abzudichtenden Bauteile bzw.
weiterer Lagen der Flachdichtung erlaubt. Das pla
stische Verhalten ist auch bei Herstellungsverfahren
vorteilhaft da das Material nicht spröde ist, läßt
sich auch eine Sickungprägung nach dem Hardcoating
durchführen.
Während die mit Beschichtungsverfahren aufgebrachten
Überhöhungen des Standes der Technik einen sehr hohen
Füllstoffgehalt aufweisen, um jegliches Fließen der
Beschichtung unter Druck zu vermeiden, wird erfin
dungsgemäß vorgeschlagen, den Gewichtsanteil an Füll
stoffen in der Beschichtung bevorzugt zumindest
geringfügig geringer als den Gewichtsanteil an Binde
mitteln zu wählen. Bevorzugt bewegt sich das Ge
wichtsverhältnis von Füllstoff zu Beschichtungs
material in der Beschichtung im Bereich von unter 1 : 1
bis 1 : 4 und besonders bevorzugt zwischen 1 : 1,5 und
1 : 3. Erstaunlicherweise sind auch bei Bindemit
telüberschuß ausreichend gute Stützeigenschaften der
Überhöhung bei gleichzeitig verbesserten Abdichtei
genschaften sowie guter Wärmeableitung innerhalb der
Beschichtung erzielbar.
Vorteilhaft ist die Zugabe eines thermoplastischen
Zuschlagsstoffes zu der Beschichtungsmasse. Auf diese
Weise läßt sich das Verformungsverhalten der Bes
chichtung noch gezielter beeinflussen. Die Verwendung
thermoplastischer Polymere erlaubt beispielsweise
eine Optimierung des plastischen Verhaltens und auch
des Glaspunktes der Beschichtung.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung er
geben sich aus den Ausführungsbeispielen und Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäß beschichtete Flach
dichtung in Aufsicht; und
Fig. 2-4 erfindungsgemäß beschichtete Flachdichtun
gen in Seitenansicht.
In Fig. 1 ist exemplarisch eine Zylinderkopfdichtung
mit einer einzigen metallischen Lage 1 dargestellt,
welche Brennraumdurchbrüche 4 und Durchgangsöffnungen
5 aufweist. Die Brennraumdurchbrüche 4 sind von Sick
en 8 umgeben. Durch ein Beschichtungsverfahren wurden
erfindungsgemäße linienförmige Überhöhungen 7 mit
wulstartigem Querschnitt sowie flächige Überhöhungen
6 auf die Oberfläche der Lage 1 aufgebracht und an
schließend thermisch ausgehärtet. Die Überhöhungen 6,
7 sind auf derselben Seite der Lage 1 angeordnet, auf
welcher sich auch die konvexen Bereiche der Sicke 8
befinden.
Die linienförmigen Überhöhungen 7 sind zwischen den
Sicken 8 und den Brennraumdurchbrüchen 4 konzentrisch
zu den Sicken 8 ausgebildet. Sie fungieren als Ver
formungsbegrenzer für die Sicken 8 und besitzen eine
Breite von bevorzugt unterhalb 3 mm und eine Dicke
zwischen bevorzugt 20 und 200 µm, besonders bevorzugt
zwischen 80 und 120 µm. Die flächigen Überhöhungen 6
besitzen die gleiche oder eine andere Dicke wie die
linienförmigen Überhöhungen 7.
In den Fig. 2 bis 4 sind weitere Möglichkeiten für
die Anordnung einer erfindungsgemäßen linienförmigen
Überhöhung 7 zur Federwegbegrenzung und/oder lokalen
Erhöhung des Anpreßdruckes dargestellt. Gemäß Fig. 2
wird die Überhöhung 7 zur zumindest teilweisen Füll
ung der Sicke 8 einer metallischen Lage 1 einer
Flachdichtung verwendet. Auf diese Weise wird eine
Stabilisierung und Stützung der Sicke 8 erreicht.
Erfindungsgemäß wird auch bei der in Fig. 2 darge
stellten Anordnung von dem Herstellen einer Über
höhung 7 gesprochen, da die Gesamtdicke von Be
schichtung und Lage 1 im Bereich der Sicke 8 größer
ist als die Nominalstärke der Lage 1 im unbeschich
teten Bereich.
Die in Fig. 3 dargestellte dreilagige Flachdichtung
weist zwei gesickte Lagen 1, 3 und eine mittlere,
ungesickte Lage 2 auf. Der konvexe Bereich der Sicken
8 der beiden Decklagen 1, 3 zeigt jeweils in Richtung
auf die mittlere Lage 2. Unmittelbar angrenzend an
den Brennraumdurchbruch 4 der mittleren Lage 2 sind
auf deren beiden Oberflächen linienförmige Überhöhun
gen 7 aufgebracht, die im eingebauten Zustand der
Flachdichtung lokal um den Brennraumdurchbruch 4 den
Anpreßdruck erhöhen und weiterhin als Federwegbegren
zer für die Sicken 8 dienen. Die in Fig. 4 darge
stellte Flachdichtung entspricht der Flachdichtung
von Fig. 3, wobei auf die obere Lage 3 verzichtet
wurde und die Beschichtung 7 nicht auf der Lage 2,
sondern auf einem an den Brennraumdurchbruch 4
angrenzenden Bereich der Lage 1 aufgebracht ist. Die
Beschichtung 7 kann vom Brennraumdurchbruch 4 aus
gesehen sowohl hinter als auch vor der Sicke 8 an
geordnet werden.
Die Überhöhungen 6, 7 werden bevorzugt durch Sieb
druck im Flachbett- oder Rotationsverfahren vor oder
nach dem Ausbilden der Sicken 8 aufgebracht, wobei
die Beschichtungsdicke durch die Dicke der Siebdruck
maske vorgegeben werden kann. Im Anschluß an das Auf
bringen wird die Beschichtungsmasse ausgehärtet, was
bevorzugt durch eine Temperaturbehandlung unterhalb
von 250°C und besonders bevorzugt zwischen 150 und
250°C geschieht. Die Dauer der Temperaturbehandlung
beträgt bevorzugt zwischen 20 und 180 Minuten. Durch
die Temperaturbehandlung kann auf die Art der Vernet
zung der Beschichtungsmasse und damit auch auf den
Glaspunkt Einfluß genommen werden. So erhält man
beispielsweise für eine Beschichtung auf Epoxid
harzbasis bei einer Temperaturbehandlung für 30
Minuten bei 120°C einen Glaspunkt von 130°C und bei
einer Temperaturbehandlung für 3 Stunden bei 160°C
einen Glaspunkt von 150°C.
Als Duroplaste kommen Harze wie insbesondere Silikon
harz, Polyamidimidharz und Epoxidharz in Frage. Be
vorzugt werden niedrigviskose, lösungsmittelfreie und
bei Raumtemperatur plastische verformbare Epoxid
harze, z. B. auf Bisphenol-A-Basis, verwendet. Als
metallische Füllstoffe eignen sich Metallpulver
und/oder Metallfasern. So können Aluminiumpulver
(z. B. lamellar, non-leafing, durchschnittliche Teil
chengröße 10-20 µm) und/oder Messingpulver (z. B.
lamellar, durchschnittliche Teilchengröße unterhalb
10 µm) und/oder Wiskerfasern (z. B. mit einer Faser
länge unterhalb 10 µm) verwendet werden.
Neben Duroplasten und metallischen Füllstoffen können
fakultative Komponenten wie Additive (Entschäumer auf
Basis von z. B. Siloxan oder Silikon, Benetzer oder
Primer), Vernetzungsmittel (Härter wie insbesondere
aromatische Polyamine oder metallorganische Verbin
dungen wie Butyltitanat, Vulkanisationshilfen), Lö
sungsmittel (z. B. Cyclohexanon, N-Methylpyrrolidon)
und/oder die bereits angesprochenen thermoplastischen
Zuschlagsstoffe wie PTFE-, PE-, PP- und PA-Pulver in
der Beschichtungsmasse vorhanden sein.
In der Beschichtungsmasse sind die verschiedenen Kom
ponenten bezvorzugt mit den folgenden Gewichtsan
teilen enthalten:
Bindemittel | maximal 80%, bevorzugt weniger als 66%; |
Füllstoff | maximal 80%, bevorzugt mehr als 20%; |
Additive | maximal 10%; |
Vernetzungsmittel | maximal 20%; |
Lösungsmittel | maximal 50%; |
Thermoplastische Zuschlagsstoffe | maximal 30%, bevorzugt weniger als 20%. |
Rezepturbeispiele von Siebdruckbeschichtungsmassen:
- a) anpassungsfähige Beschichtungsmasse für Einsatz
temperaturen bis 200°C, TG = 150°C
Flüssiges Epoxidharz 50,0 Gew.-% Polyaminhärter 17,0 Gew.-% Messingpulver 32,5 Gew.-% Entschäumer 0,5 Gew.-% - b) plastifizierte anpassungsfähige Beschichtungsmasse
für Einsatztemperaturen bis maximal 180°C, TG =
140 °C
Flüssiges Epoxidharz 52,0 Gew.-% Polyaminhärter 18,0 Gew.-% Messingpulver 25,0 Gew.-% PTFE-Pulver 5,0 Gew.-% - c) Beschichtungsmasse für Einsatztemperaturen bis
über 200°C, TG = 185°C
Flüssiges Silikonharz 25,0 Gew-% Butyltitanat 2,0 Gew.-% Aluminiumpulver 40,0 Gew.-% Lösungsmittel 30,0 Gew.-% Additive 3,0 Gew.-%
Claims (24)
1. Flachdichtung mit mindestens einem Dichtungs
durchbruch und mindestens einer metallischen
Lage, auf welcher zumindest bereichsweise eine
linienförmige und/oder flächige Überhöhung in
Form einer Beschichtung aufgebracht ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Beschichtung mindestens einen Duro
plasten und mindestens einen metallischen
Füllstoff enthält.
2. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Duro
plast zu Füllstoff in der Beschichtung größer
ist als 1 : 1.
3. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung
mindestens einen thermoplastischen Zuschlags
stoff enthält.
4. Flachdichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der thermoplastische Zuschlags
stoff mit einem Gewichtsanteil von weniger als
30% in der Beschichtungsmasse vorhanden ist.
5. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine
thermoplastische Zuschlagsstoff ausgewählt ist
aus PTFE-, PE-, PP- und PA-Pulver.
6. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Duroplast bei
Raumtemperatur plastisch verformbar ist.
7. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Duroplast aus
gewählt ist aus Epoxidharz, Silikonharz und
Polyamidimidharz.
8. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Duroplast ein
Epoxidharz auf Bisphenol-A-Basis ist.
9. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine
metallische Füllstoff Metallpulver und/oder
Metallfasern enthält.
10. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung
oder die Beschichtungsmasse mindestens ein Ad
ditiv und/oder mindestens ein Vernetzungsmittel
und/oder mindestens ein Lösungsmittel enthält.
11. Flachdichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Vernetzungsmittel ein aroma
tischer Härter ist.
12. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Be
schichtung zwischen 20 und 200 µm beträgt.
13. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung
durch Siebdruck aufgebracht ist.
14. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flachdichtung
Sicken aufweist.
15. Flachdichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Beschichtung auf einer dem
konvexen Bereich einer Sicke zugewandten Seite
einer metallischen Lage angeordnet ist.
16. Flachdichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Beschichtung in den Sicken an
geordnet ist.
17. Verfahren zum Herstellen einer metallischen
Flachdichtung mit mindestens einem Dichtungs
durchbruch und mindestens einer metallischen
Lage, auf der zumindest bereichsweise eine
linienförmige und/oder flächige Überhöhung in
Form einer Beschichtung aufgebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, daß eine mindestens
einen Duroplasten und mindestens einen metalli
schen Füllstoff enthaltende Beschichtung auf
gebracht wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich
net, daß das Gewichtsverhältnis von Duroplast zu
metallischem Füllstoff in der Beschichtung
größer als 1 : 1 eingestellt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18,
dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzlich
einen thermoplastischen Zuschlagsstoff enthal
tende Beschichtung aufgebracht wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung mit
Siebdruckverfahren aufgebracht wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich
net, daß die Beschichtungsdicke über die Dicke
der Siebdruckmaske eingestellt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an das
Aufbringen der Beschichtung die Flachdichtung
einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich
net, daß die Temperatur während der Wärmebehand
lung geringer als 250°C gewählt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 oder 23,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Wär
mebehandlung zwischen 20 und 180 Minuten gewählt
wird.
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DE19829058A DE19829058C2 (de) | 1998-06-29 | 1998-06-29 | Beschichtete Flachdichtung |
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