DE19829058A1

DE19829058A1 - Beschichtete Flachdichtung und Verfahren zum Herstellen einer beschichteten Flachdichtung

Info

Publication number: DE19829058A1
Application number: DE19829058A
Authority: DE
Inventors: Lothar Quick; Peter Nickel; Frank Popielas
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2000-01-13
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: DE19829058C2

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, T_G = 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, T_G = 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, T_G = 185°C

Flüssiges Silikonharz 25,0 Gew-%

Butyltitanat 2,0 Gew.-%

Aluminiumpulver 40,0 Gew.-%

Lösungsmittel 30,0 Gew.-%

Additive 3,0 Gew.-%

Claims

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.