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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung zur Anordnung zwischen
zwei abzudichtenden Bauteilen, von denen mindestens eines ein erstes
metallisches Material enthält,
welches unedler ist als Aluminium, umfassend mindestens eine äußere Dichtungslage,
die ein zweites metallisches Material enthält, welches edler ist als das
erste metallische Material, wobei diese äußere Dichtungslage im montierten
Zustand der Dichtung an dem das erste metallische Material enthaltenden
Bauteil anliegt.
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Eine
solche Dichtung kann insbesondere eine Zylinderkopfdichtung zur
Anordnung zwischen einem Zylinderkopf und einem Motorblock eines
Verbrennungsmotors sein, wobei beispielsweise der Zylinderkopf eine
Magnesium-Legierung
enthält
und die Zylinderkopfdichtung mindestens eine im montierten Zustand
der Dichtung an dem die Magnesium-Legierung enthaltenden Zylinderkopf
anliegende gesickte Funktionslage aufweist, die zur Gewährleistung
einer ausreichenden Federelastizität der abdichtenden Sickenlinien
eine Blechlage aus Federstahl umfasst.
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Üblicherweise
wird die gesickte Funktionslage einer solchen Zylinderkopfdichtung
auf ihrer dem abzudichtenden Bauteil, also beispielsweise dem Zylinderkopf,
zugewandten Außenseite
mit einer Elastomerbeschichtung versehen, um die erforderliche Mikroabdichtung
zu gewährleisten.
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Eine
solche elektrisch isolierende Elastomerbeschichtung wird jedoch
schon nach kurzer Betriebszeit des Motors von den abdichtenden Sickenlinien
verdrängt,
so dass es im Bereich der Sicken zu einem metallischen Kontakt zwischen
dem Material des Zylinderkopfes, also der Magnesium-Legierung, und
der Federstahl-Blechlage der Funktionslage kommen kann.
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Aufgrund
des erheblichen Potentialunterschieds in der elektrochemischen Spannungsreihe
zwischen der Magnesium-Legierung und dem in der Funktionslage verwendeten
Federstahl kann dieser metallische Kontakt eine Kontaktkorrosion
zur Folge haben.
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Zur
besseren Übersicht
werden im folgenden einige Werte aus der elektrochemischen Spannungsreihe
angegeben, wobei als Bezugsgröße (Nullpunkt)
das Potential der Wasserstoffnormalelektrode dient:
| - Mg/Mg2+ | –2,37 V |
| - Al/Al3+ | –1,66 V
ohne Oxidhaut
(–0,50
V mit Oxidhaut) |
| - Zn/Zn2+ | –0,76 V |
| - Cr/Cr2+ | –0,56 V |
| - Fe/Fe2+ | –0,44 V |
| - Ni/Ni2+ | –0,24 V. |
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Aufgrund
seiner Stellung in der Spannungsreihe ist bei Magnesium und seinen
Legierungen im Vergleich zu Aluminium und dessen Legierungen eine
deutlich höhere
Korrosionsneigung bei Kontakt mit Federstahl zu erwarten, zumal
Aluminium häufig
durch eine Haut aus Aluminiumoxid geschützt ist.
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Im
Sinne dieser Beschreibung gilt ein metallisches Material als edler
als ein anderes metallisches Material, wenn sein elektrochemisches
Potential höher
liegt als das elektrochemische Potential des anderen metallischen
Materials. Eisen mit einem elektrochemischen Potential von –0,44 V
ist somit edler als Aluminium mit einem elektrochemischen Potential
von –1,66
V, und Aluminium ist wiederum edler als Magnesium mit einem elektrochemischen
Potential von –2,37
V.
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Zur
Kontaktkorrosion kommt es, wenn einerseits metallische Materialien
mit unterschiedlichem elektrochemischem Potential in elektrisch
leitendem Kontakt miteinander stehen und andererseits beide Materialien
mit einem Elektrolyten (beispielsweise einem aus Wasser bestehenden
Feuchtigkeitsfilm) in Kontakt stehen.
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In
diesem Fall entsteht ein Korrosionselement, welches den Elektrolyten
(Feuchtigkeitsfilm) sowie als Anode das unedlere metallische Material
und als Kathode das edlere metallische Material umfasst.
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Ist
die Potentialdifferenz zwischen den beiden metallischen Materialien
ausreichend groß,
so laufen in dem Korrosionselement die folgenden Vorgänge ab:
- – Das
als Anode wirkende unedlere metallische Material (beispielsweise
die Magnesium-Legierung) löst sich
gemäß der Oxidationsreaktion
Me → Me2+ + 2e- auf, wobei
die Me2+–Ionen im Elektrolyten in Lösung gehen.
- – Die
von der Oxidationsreaktion an der Grenzfläche zwischen dem unedleren
metallischen Material und dem Elektrolyten gelieferten Elektronen
werden über
die elektrisch leitfähige
Verbindung (beispielsweise den metallischen Kontakt) an das edlere
metallische Material geliefert.
- – An
der Grenzfläche
zwischen dem als Kathode wirkenden edleren metallischen Material
(beispielsweise dem Federstahl) und dem Elektrolyten läuft eine
Reduktionsreaktion ab, in welcher die zugelieferten Elektronen verbraucht
werden. Diese Reduktionsreaktion kann beispielsweise eine Wasserstoffentwicklung
gemäß der Reaktionsgleichung
2 H+ + 2 e- → H2 oder eine Sauerstoffreduktion gemäß der Reaktionsgleichung O2 + 2 H2O + 4 e- → 4
OH- sein.
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Korrosionsreaktionen,
die zu einer Auflösung
des unedleren metallischen Materials und zur Bildung von aggressivem
Wasserstoff führen,
können
demnach immer dann auftreten, wenn zwei metallische Materialien
mit ausreichender Potentialdifferenz (beispielsweise Magnesium und
Eisen) miteinander in elektrisch leitfähigem Kontakt stehen und zugleich
beide mit demselben Elektrolyten (beispielsweise einem Feuchtigkeitsfilm)
in Kontakt stehen.
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Ist
somit der metallische Kontakt zwischen einer Magnesium-Legierung
und einer Federstahl-Blechlage erst einmal hergestellt, so besteht
eine hohe Gefahr der Kontaktkorrosion, da stets damit zu rechnen
ist, dass sich im Bereich dieses metallischen Kontakts auch ein
Feuchtigkeitsfilm ausbildet, beispielsweise aufgrund von Feuchtigkeit,
die bei einer Motorreinigung in den Bereich der Sicken der Dichtung
gelangt.
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Die
DE 197 04 315 A1 offenbart
eine Dichtung zur Anordnung zwischen abzudichtenden Bauteilen, die
aus einem Leichtbauwerkstoff, insbesondere Aluminium und Magnesium,
hergestellt sein können.
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Die
DE 197 25 985 C2 offenbart
eine metallische Zylinderkopfdichtung, die an einer Außenfläche mit einer
Mikroabdichtungsschicht versehen ist, die aus einem polymeren, einen
Füllstoff
enthaltenden Kunststoffmaterial besteht, wobei die Mikroabdichtungsschicht
mit einem Füllstoff
aus in dem als Bindemittel verwendeten Kunststoffmaterial eingebetteten
harten Körnern
gefüllt
ist, um den durch Relativbewegungen parallel zur Dichtungsoberfläche bewirkten
Verschleiß wesentlich
zu vermindern.
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Die
EP 0 701 051 A1 offenbart
eine Dichtung mit einer elastischen Metallplatte, die mit einer
an einem abzudichtenden Bauteil anliegenden Beschichtung aus Acrylsilikon
und einer zwischen der Beschichtung aus Acrylsilikon und der Metallplatte
liegenden Schicht aus Fluorkautschuk versehen ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine geringe Neigung
zur Kontaktkorrosion aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
eine Dichtung nach Anspruch 1 gelöst, bei der die äußere Dichtungslage
auf ihrer im montierten Zustand dem das erste metallische Material
enthaltenden Bauteil zugewandten Seite mit einer elektrisch isolierenden
Schicht versehen ist, welche aus einem Material gebildet ist, das
im Betriebszustand der Dichtung so durchriebfest und verdrängungsbeständig ist,
dass das erste metallische Material des das erste metallische Material
enthaltenden Bauteils und das zweite metallische Material der äußeren Dichtungslage
während
des Betriebs der Dichtung nicht direkt miteinander in Kontakt kommen,
und wobei die äußere Dichtungslage
eine im montierten Zustand der Dichtung zwischen der elektrisch
isolierenden Schicht und dem das erste metallische Material enthaltenden
Bauteil angeordnete Schicht aus einem elastomeren Material umfasst.
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Der
erfindungsgemäßen Lösung liegt
das Konzept zugrunde, das erste metallische Material und das zweite
metallische Material im Betriebszustand der Dichtung zuverlässig voneinander
elektrisch isoliert zu halten, so dass – selbst bei Anwesenheit eines
Elektrolyten (beispielsweise eines Feuchtigkeitsfilms) – keine
Kontaktkorrosion auftreten kann, da aufgrund der elektrisch isolierenden
Schicht kein Ladungsausgleich zwischen dem ersten metallischen Material
und dem zweiten metallischen Material möglich ist, so dass die Korrosionsreaktionen,
welche einen solchen Ladungsausgleich voraussetzen, nicht ablaufen
können.
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Dabei
kann das Material der elektrisch isolierenden Schicht bereits vor
dem Einbau der Dichtung die erforderliche Durchriebfestigkeit und
Verdrängungsbeständigkeit
aufweisen.
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Alternativ
hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Material der elektrisch
isolierenden Schicht sich erst unter den Betriebsbedingungen der
Dichtung so verändert,
dass es die erforderliche Durchriebfestigkeit und Verdrängungsbeständigkeit
erhält.
Dies kann beispielsweise bei der Verwendung eines elektrisch isolierenden
Materials der Fall sein, welches zunächst als unvernetztes Vormaterial
vorliegt und erst bei einer Temperaturerhöhung aushärtet oder ausvulkanisiert.
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Ein
elektrischer Kontakt zwischen den beiden galvanisch unverträglichen
Materialien wird besonders wirksam dann verhindert, wenn das Material
der elektrisch isolierenden Schicht so durchriebfest und verdrängungsbeständig ist,
dass die mittlere Schichtdicke der elektrisch isolierenden Schicht
während
des Betriebs der Dichtung nicht unter einen Mindestwert von ungefähr 2 μm absinkt.
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Als
ausreichend durchriebs- und verdrängungsfest haben sich insbesondere
solche elektrisch isolierende Materialien erwiesen, die das folgende
Setzverhalten aufweisen:
Bei einer senkrechten Druckbelastung
eines kreisringförmigen
Belastungsbereichs einer gleichförmigen,
ebenen Schicht des Materials mit einer anfänglichen mittleren Schichtdicke
von 24 μm,
wobei der Belastungsbereich einen Außendurchmesser von 65,4 mm
und einen Innendurchmesser von 64,6 mm aufweist und die Belastung
400 MPa beträgt,
verringert sich die Schicht dicke des Materials im Belastungsbereich
nach einer Belastungsdauer von ungefähr einer Stunde bei einer Temperatur
von ungefähr
21°C um
höchstens
ungefähr
4 μm.
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Diese
Druckbelastung wird unter Verwendung eines hohlzylindrischen Druckstempels
mit einem Außendurchmesser
von 65,4 mm, einem Innendurchmesser von 64,6 mm und ebener, senkrecht
zur Zylinderachse verlaufender Stirnfläche, welche gegen eine auf
einem ebenen Blech angeordnete Schicht des zu prüfenden Materials angepresst
wird, durchgeführt,
und zwar mit senkrecht zur Blechebene verlaufender Zylinderachse
und einer solchen Druckkraft, dass sich im Bereich der kreisringförmigen Druckstempel-Stirnfläche eine
zeitlich konstante Druckbelastung der Beschichtung von 400 MPa ergibt.
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Besonders
geeignet sind solche Materialien, bei denen sich die Schichtdicke
des Materials unter den vorstehend genannten Bedingungen nach einer
Belastungsdauer von ungefähr
einer Stunde bei einer Temperatur von ungefähr 21°C um höchstens ungefähr 2 μm verringert.
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Bei
den elektrisch isolierenden Materialien mit ausreichender Durchriebs-
und Verdrängungsfestigkeit handelt
es sich häufig
um harte Materialien, welche nur eine geringe Anpassungsfähigkeit
an Unebenheiten und Poren der abzudichtenden Bauteile aufweisen.
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Um
eine möglichst
gute Mikroabdichtung zwischen der äußeren Dichtungslage und dem
das erste metallische Material enthaltenden Bauteil aufrechtzuerhalten,
umfasst die äußere Dichtungslage
eine im montierten Zustand der Dichtung zwischen der elektrisch
isolierenden Schicht und dem das erste metallische Material enthaltenden
Bauteil angeordnete Schicht aus einem elastomeren Material.
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Als
elastomeres Material für
diese Elastomerschicht kommt jedes elastomere Dichtungsmaterial
in Betracht, welches eine ausreichende Anpassungsfähigkeit
an Unebenheiten oder Poren in der Oberfläche des angrenzenden Bauteils
aufweist.
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Insbesondere
kommen als Material für
die Elastomerschicht ein Fluorkautschuk (FPM) und/oder ein Nitrilbutadienkautschuk
(NBR) in Frage.
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Die
erfindungsgemäß erzielte
Verringerung der Korrosionsneigung ist dann besonders nützlich,
wenn das zweite metallische Material edler ist als Aluminium.
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Insbesondere
kann das zweite metallische Material Federstahl sein. Federstahl
bietet den Vorteil, dass eine Federstahl-Blechlage in einfacher
Weise mit Sicken versehen werden kann, die die erforderliche Federelastizität aufweisen.
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Die
vorliegende Erfindung beschränkt
sich nicht auf Zylinderkopfdichtungen; vielmehr kann die erfindungsgemäße Dichtung
auch jede beliebige andere Dichtung sein, welche zwischen zwei abzudichtenden Bauteilen
angeordnet wird, von denen mindestens eines ein metallisches Material
enthält,
welches unedler ist als Aluminium.
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Besonders
geeignet ist die erfindungsgemäße Dichtung
zur Anordnung zwischen abzudichtenden Bauteilen eines Verbrennungsmotors.
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Außer einer
Zylinderkopfdichtung kommt hierbei insbesondere auch eine Ansaugkrümmerdichtung oder
eine Kurbelgehäusedichtung
in Betracht.
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Das
Bauteil, welches das erste metallische Material enthält, kann
dabei beispielsweise ein Motorblock, ein Zylinderkopf oder ein Kurbelgehäuse sein.
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Die
erfindungsgemäße Dichtung
ist vorzugsweise als Flachdichtung ausgebildet.
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Die
erfindungsgemäße Dichtung
kann ein- oder mehrlagig ausgebildet sein.
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Der
Begriff „äußere Dichtungslage" umfasst in dieser
Beschreibung auch den Fall, dass diese „äußere Dichtungslage" die einzige Lage
der Dichtung ist.
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Diese äußere Dichtungslage
kann im wesentlichen plan oder gesickt sein.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass
die äußere Dichtungslage
als Funktionslage ausgebildet und mit mindestens einer Sicke versehen
ist.
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Da
ein Durchreiben einer auf einer solchen Funktionslage angeordneten
elektrisch isolierenden Elastomerbeschichtung insbesondere im Bereich
der abdichtenden Sickenlinien erfolgt, ist es von Vorteil, wenn
die Beschichtung aus dem dritten metallischen Material zumindest
den Bereich der abdichtenden Sickenlinien, vorzugsweise den gesamten
Bereich einer Sicke, überdeckt.
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Wie
bereits ausgeführt,
ist die Erfindung besonders vorteilhaft anwendbar, wenn das erste
metallische Material eine Magnesium-Legierung ist.
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Eine
geeignete Magnesium-Legierung, die für den Einsatz im Motor ausreichende
Korrosionsbeständigkeit
bietet, ist beispielsweise die Magnesium-Druckguss-Legierung AZ91hp (mit der
Zusammensetzung: 8,0 bis 9,5 Gewichts-% Al, 0,3 bis 1,0 Gewichts-%
Zn, 0,1 bis 0,3 Gewichts-% Mn, Rest Mg), wobei das Kürzel hp
für „high purity" steht und anzeigt,
dass es sich hierbei um eine hochreine Magnesium-Legierung handelt, in
der nur festgelegte Höchstmengen
von Verunreinigungen mit anderen Elementen wie beispielsweise Kupfer, Nickel,
Eisen und Silizium zulässig
sind.
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Anspruch
9 ist auf eine Bauteilgruppe gerichtet, welche ein erstes Bauteil,
das ein erstes metallisches Material enthält, welches unedler ist als
Aluminium, ein zweites Bauteil und eine zwischen dem ersten Bauteil und
dem zweiten Bauteil angeordnete erfindungsgemäße Dichtung umfasst.
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Ein
Weg zur Ausführung
der Erfindung im einzelnen ist Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und
zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
ausschnittsweise Draufsicht auf eine Zylinderkopfdichtung;
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2 einen
schematischen Schnitt durch die mehrlagige Dichtung aus 1 und
durch zwei an die Dichtung angrenzende Bauteile (Motorblock und
Zylinderkopf) im Bereich von Sicken der Funktionslagen der Dichtung;
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3 eine
schematische perspektivische Darstellung der oberen Funktionslage
der Dichtung aus den 1 und 2; und
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4 ein
Schaubild, das das Setzverhalten dreier verschiedener Materialien
darstellt.
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Gleiche
oder funktional äquivalente
Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Eine
in den 1 bis 3 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete
Zylinderkopfdichtung weist beispielsweise einen dreilagigen Aufbau
auf, mit einer oberen Funktionslage 102, einer unteren
Funktionslage 104 und einer zwischen den beiden Funktionslagen
angeordneten Trägerlage 106.
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Die
Zylinderkopfdichtung 100 weist mehrere Durchgangsöffnungen,
beispielsweise Brennraum-Durchgangsöffnungen 108 und Fluid-Durchgangsöffnungen 110 sowie
Befestigungsmittel-Durchgangsöffnungen 112 auf.
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Zur
Abdichtung dieser Durchgangsöffnungen
sind die Funktionslagen 102, 104 der Zylinderkopfdichtung 100 mit
Sicken 114 versehen, welche die jeweilige Durchgangsöffnung umgeben.
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Diese
Sicken 114 können
als Vollsicke (mit einem Querschnitt, der einem abgeflachten U entspricht) oder
als Halbsicke (mit einem Querschnitt, der einem abgeflachten Z entspricht)
ausgebildet sein.
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Bei
den in den 2 und 3 dargestellten
Sicken handelt es sich um Vollsicken mit einem zentralen Sickenkamm 115 und
seitliche Begrenzungen der Sicken bildenden Sickenfüßen 117.
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Die
Zylinderkopfdichtung 100 wird zwischen einem ersten Bauteil 116,
beispielsweise einem Zylinderkopf, welches beispielsweise aus einer
Magnesium-Legierung
gebildet ist, und einem zweiten Bauteil 118, beispielsweise
einem Motorblock, angeordnet und bildet zusammen mit den Bauteilen 116 und 118 eine
Bauteilgruppe 120.
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Der
Aufbau der oberen Funktionslage 102 im Bereich einer Sicke 114 ist
in 3 im einzelnen dargestellt.
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Damit
die Sicke 114 in einfacher Weise in die Funktionslage 102 eingeprägt werden
kann und im Betrieb des Motors ausreichende federelastische Eigenschaften
aufweist, umfasst die Funktionslage 102 eine Blechlage 122 aus
Federstahl.
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An
ihrer im eingebauten Zustand der Dichtung dem ersten Bauteil 116 zugewandten
Hauptoberfläche ist
die Blechlage 122 mit mehreren aufeinanderfolgenden, im
folgenden im einzelnen beschriebenen Beschichtungen versehen.
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Die
erste, direkt auf der Blechlage 122 angeordnete Beschichtung
ist eine Haftvermittlungsschicht 124, deren Dicke beispielsweise
ungefähr
1 μm beträgt.
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Die
Haftvermittlungsschicht 124 dient dazu, der darauffolgenden
Isolationsschicht 126 einen ausreichenden Halt auf der
Blechlage 122 zu vermitteln.
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Als
Haftvermittlungsmaterial kommt insbesondere ein handelsübliches
aminosilanhaltiges Haftmittel in Betracht.
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Auf
die Haftvermittlungsschicht 124 folgt die bereits erwähnte Isolationsschicht 126,
welche eine Dicke von beispielsweise ungefähr 4 μm bis ungefähr 6 μm aufweist.
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Aufgabe
der Isolationsschicht 126 ist es, die Blechlage 122 der
oberen Funktionslage 102 zuverlässig elektrisch von dem ersten
Bauteil 116 zu isolieren, so dass kein elektrischer Ladungsaustausch
zwischen der Blechlage 122 und dem ersten Bauteil 116 erfolgen
kann.
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Damit
die Isolationsschicht 126 an keiner Stelle der Funktionslage 102 vollständig abgetragen
wird und insbesondere nicht von den abdichtenden Sickenlinien (Sickenfüße 117)
verdrängt
wird, wenn sich die Funktionslage 102 und das erste Bauteil 116 im
Betrieb des Motors relativ zueinander bewegen, wird für die Isolationsschicht 126 ein
Material gewählt,
welches durchriebsfest und verdrängungsfest
ist.
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Als
durchriebs- und verdrängungsfest
erweisen sich insbesondere solche elektrisch isolierenden Materialien,
die das folgende Setzverhalten aufweisen:
Bei einer senkrechten
Belastung eines kreisringförmigen
Belastungsbereichs einer gleichförmigen,
ebenen Schicht des Materials mit einer anfänglichen mittleren Schichtdicke
von 24 μm,
wobei der Belastungsbereich einen Außendurchmesser von 65,4 mm
und einen Innendurchmesser von 64,6 mm aufweist und die Belastung 400
MPa beträgt,
verringert sich die Schichtdicke des Materials im Belastungsbereich
nach einer Belastungsdauer von ungefähr einer Stunde bei einer Temperatur
von ungefähr
21°C um
höchstens
ungefähr
4 μm.
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Das
gemäß der vorstehenden
Versuchsbedingungen ermittelte Setzverhalten bei Raumtemperatur (21°C) bei einer
konstanten Pressung von 400 MPa über
einen Zeitraum von einer Stunde ist für drei verschiedene elektrisch
isolierende Materialien in 4 dargestellt.
Unter dem „Setzbetrag" ist dabei die Abnahme
der mittleren Schichtdicke zu verstehen.
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Das
Material I, dessen Setzverhalten durch die Kurve 128 in 4 wiedergegeben
ist, zeigt während der
Belastungsdauer von einer Stunde innerhalb der Messgenauigkeit keine
Verringerung der Schichtdicke und ist daher besonders zum Einsatz
als Material der Isolationsschicht 126 geeignet.
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Bei
diesem Material I handelt es sich um ein Harz, das aus einer Lösung mit
der folgenden Zusammensetzung hergestellt ist:
| Epoxidharz
(fest) | 75
g |
| Phenolharz
(65
%ig in Butanol) | 38,5
g |
| Butoxyl | 100,0
g |
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(Um
eine kleinere oder größere Menge
dieser Lösung
herzustellen, werden die Mengen der Bestandteile im gleichen Verhältnis variiert.)
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Diese
Lösung
wird durch Aufsprühen,
Aufspritzen, Aufwalzen, Auftragen im Siebdruckverfahren oder durch
ein anderes geeignetes Verfahren als Vormaterial der Isolationsschicht 126 auf
die Blechlage 122 mit der Haftvermittlungsschicht 124 aufgetragen.
Anschließend
wird das Vormaterial der Isolationsschicht 126 getrocknet
und durch Erwärmung
ausgehärtet.
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Die
Materialien II und III, deren Setzverhalten in
4 durch
die Kurven
130 bzw.
132 wiedergegeben ist, sind
elastomere Materialien, die aus einem Vormaterial mit der folgenden
Zusammensetzung hergestellt werden:
| Fluorkautschuk
(quaternäres Polymer
mit
67 Gewichts-% Fluor-Gehalt) | 100
phr |
| Ruß N990 | 10–40 phr |
| Zinkoxid | 2–6 phr |
| Triallylisocyanurat(TAIC) | 1–4 phr |
| Peroxid | 1–4 phr. |
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Die
Abkürzung „phr" bedeutet hierbei
(wie üblich) „pro hundert
Teile Kautschuk" (per
hundred parts rubber).
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Auch
dieses Vormaterial wird durch Aufsprühen, Aufspritzen, Aufwalzen,
Auftragen im Siebdruckverfahren oder mittels eines anderen geeigneten
Auftragsverfahrens auf die Blechlage 122 mit der Haftvermittlungsschicht 124 aufgetragen.
Anschließend
wird die Isolationsschicht 126 durch Trocknen und Vulkanisieren des
Vormaterials gebildet.
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Im
Falle des Materials II liegt der Gehalt des Vormaterials an Ruß N990,
an TAIC und an Peroxid an der oberen Grenze der vorstehend genannten
Intervalle. Da ein erhöhter
Gehalt an diesen Stoffen den Vernetzungsgrad, den das Material beim
Vulkanisieren erreicht, erhöht,
zeigt dieses Material II nach einer Belastungsdauer von einer Stunde
eine Verringerung der Schichtdicke von lediglich ungefähr 2,7 μm und ist
somit als Material für
die Isolationsschicht 126 geeignet.
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Besonders
geeignet sind Materialien mit einer ähnlichen Zusammensetzung wie
das Material II, die zusätzlich
einen mineralischen Füllstoff,
beispielsweise Wollastonit oder Kieselsäure, enthalten.
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Im
Falle des Materials III liegt der Gehalt des Vormaterials an Ruß N990,
an TAIC und an Peroxid an der unteren Grenze der vorstehend genannten
Intervalle. Dieses Material III erreicht beim Vulkanisieren daher nur
einen geringeren Vernetzungsgrad und zeigt nach einer Belastungsdauer
von einer Stunde eine Verringerung der Schichtdicke um ungefähr 12,8 μm. Dieses
Material III ist somit als Material für die Isolationsschicht 126 ungeeignet.
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Ein
weiteres, als Material für
die Isolationsschicht
126 geeignetes Material wird erhalten,
indem 332 g einer Harz-Lösung
der vorstehend im Zusammenhang mit dem Material I genannten Zusammensetzung
mit einer Nitrilbutadienkautschuk-Lösung der folgenden Zusammensetzung
gemischt wird:
| Nitrilbutadienkautschuk
(NBR) | 100
g |
| Ruß N550 | 30
g |
| Wollastonit | 30
g |
| Titandioxid | 20
g |
| Zinkoxid | 5
g |
| Triallylisocyanurat
(TAIC) | 4
g |
| Peroxid
(45 %ig) | 8,9
g |
| Butoxyl | 660
g. |
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Das
durch Mischung der beiden Lösungen
hergestellte Vormaterial wird durch Aufsprühen, Aufspritzen, Aufwalzen,
Auftragen im Siebdruckverfahren oder mittels eines anderen geeigneten
Auftragsverfahrens auf die Blechlage 122 mit der Haftvermittlungsschicht 124 aufgetragen.
Anschließend
wird durch Trocknen und Vulkanisieren des Vormaterials die Isolationsschicht 126 gebildet.
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Auf
die Isolationsschicht 126 folgt eine Elastomerschicht 134,
welche eine Dicke von beispielsweise ungefähr 18 μm bis ungefähr 28 μm aufweist.
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Aufgabe
der Elastomerschicht 134 ist es, die Mikroabdichtung zwischen
der Funktionslage 102 und dem angrenzenden ersten Bauteil 116 sicherzustellen.
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Für die Elastomerschicht 134 kann
jedes elastomere Dichtungsmaterial verwendet werden, welches für den Einsatz
bei Dichtungen bekannt ist und eine ausreichende Anpassungsfähigkeit
an Unebenheiten oder Poren in der Oberfläche des ersten Bauteils 116 aufweist.
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Insbesondere
kommen als Material für
die Elastomerschicht 134 ein Fluorkautschuk (FPM) und/oder ein
Nitrilbutadienkautschuk (NBR) in Frage.
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Auf
der Elastomerschicht 134 ist schließlich als letzte Schicht eine
Antihaftschicht 136 angeordnet, welche eine Dicke von beispielsweise
ungefähr
3 μm bis
ungefähr
5 μm aufweist.
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Als
Material für
die Antihaftschicht kommt insbesondere ein handelsübliches
Polyethylen-Wachs-Material in Betracht.
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Der
in 3 dargestellte gestufte Aufbau der Schichten 124, 126, 134 und 136 dient
lediglich der Illustration und gibt nicht irgendwelche tatsächlichen
Begrenzungen der vorstehend genannten Schichten wieder.
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Vielmehr
kann vorgesehen sein, dass die Funktionslage 102 vollflächig mit
den vorstehend genannten Schichten beschichtet ist.
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Zumindest
jedoch ist der Bereich der Sicke 114 vollständig von
den genannten Schichten überdeckt.
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Die
Haftvermittlungsschicht 124 und/oder die Antihaftschicht 136 können auch
entfallen.
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Die
untere Funktionslage 104 kann insbesondere spiegelbildlich
zu der oberen Funktionslage 102 ausgebildet sein.
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Die
Trägerlage 106 der
Zylinderkopfdichtung 100 kann aus einem beliebigen metallischen
Material hergestellt sein. Ferner kann diese Trägerlage 106 im wesentlichen
eben und ungesickt sein oder aber ebenfalls mit Sicken versehen
sein.
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Wird
die vorstehend beschriebene Zylinderkopfdichtung zwischen dem ersten
Bauteil 116 (Zylinderkopf) und dem zweiten Bauteil 118 (Motorblock)
angeordnet und der Motor in Betrieb genommen, so wird aufgrund der
Relativbewegung zwischen der oberen Funktionslage 102 und
dem ersten Bauteil 116 schon nach kurzer Betriebszeit des
Motors die Elastomerschicht 134 zusammen mit der Antihaftschicht 136 von
den abdichtenden Sicken 114 verdrängt, so dass das erste Bauteil 116 aus
einer Magnesium-Legierung in Kontakt mit der Isolationsschicht 126 gelangt.
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Die
Isolationsschicht 126 ist jedoch beständig gegen ein Durchreiben
oder eine Verdrängung
von den abdichtenden Sicken 114, so dass die Isolationsschicht 126 nicht
oder zumindest nicht vollständig
abgetragen wird und daher kein metallischer Kontakt zwischen dem
ersten Bauteil 116 aus einer Magnesium-Legierung und der Blechlage 122 aus
Federstahl entstehen kann.
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Auch
dann, wenn das erste Bauteil 116 und die Blechlage 122 mit
einem Feuchtigkeitsfilm als Elektrolyten in Kontakt stehen sollten,
so tritt dennoch keine Kontaktkorrosion auf, da aufgrund der elektrisch
isolierenden Isolationsschicht 126 kein Ladungsausgleich
zwischen dem ersten Bauteil 116 und der Blechlage 122 möglich ist,
so dass die Korrosionsreaktionen, welche einen solchen Ladungsausgleich
voraussetzen, nicht ablaufen können.