DE3618786A1 - Flachdichtung, insbesondere fuer verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung für Verbrennungskraftmaschinen, wie insbesondere eine Zylinderkopfdichtung oder eine Auspuffflanschdichtung, mit einer metallischen Einfassung mindestens einer Durchgangsöffnung und einer Gleitbeschichtung der Einfassungsschenkel aus einem Festschmierstoff und einem polymeren Bindemittel.

Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen bestehen bevorzugt aus Stahlblechen oder gegebenenfalls metallisch verstärkten Faservliesen. Die Brennraumöffnungen sind meist durch im Querschnitt U-förmig über die Dichtungsränder gebogenen Einfassungen besonders geschützt.

Im motorischen Betrieb werden Zylinderkopfdichtungen neben der statischen Belastung in axialer Richtung auch durch Schiebebewegungen von Motorblock und Zylinderkopf in horizontaler Richtung beansprucht, wobei diese hauptsächlich durch die wechselnde thermische Ausdehnung und Zusammenziehung von Motorblock und Zylinderkopf während der wechselnden Aufheizung und Abkühlung des Motors verursacht werden.

Insbesondere bei Motoren mit Zylinderköpfen aus Aluminium und Motorblöcken aus Gußeisen kommt es wegen den stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der beiden Metalle zu stärkeren Relativbewegungen der beiden Motorteile. Die zwischen den beiden Bauteilen liegende Zylinderkopfdichtung, und zwar insbesondere die unter erhöhten Dichtpressungsdruck stehenden Einfassungen werden allmählich zerrieben, und es kommt leicht zu Einfassungsbrüchen.

Zur Abhilfe hat man daher schon nach der DE-PS 31 01 921 die Einfassungsschenkel auf der Seite zum Zylinderkopf und/oder Motorblock mit einer die Gleitreibung herabsetzenden Beschichtung versehen. Als Gleitbeschichtungsmaterial wurde entweder Polyetrafluorethylen mit bekannt guten Eigenschaften bei hoher Temperaturbeständigkeit verwendet, oder es wurden Gleitlacke hoher Temperaturbeständigkeit mit einer Füllung aus einem Festschmierstoff, wie Graphit, Molybdändisulfid oder Bornitrid, eingesetzt. Aufgrund der hohen Gleiteigenschaften des Polytetrafluorethylens sind beschichtete Einfassungsbleche mit guter Haftung des Polyfluorethylens am Metall nur aufwendig und kostspielig herzustellen. Bei gefüllten Gleitlacken hat man dagegen als polymeres Bindemittel zur Verbesserung der Temperaturbeständigkeit ein duromeres Kunstharz verwendet. Duromere Kunstharze verlieren aber im Betrieb, vor allem durch die Temperaturbelastung, ihre Elastizität. Die Überzüge werden spröde und platzen vom Einfassungsblech ab, so daß die Gleitbeschichtung allmählich unwirksam wird.

Nach der DE-PA 35 27 833 hat man daher schon zur Erhöhung der Temperaturbelastbarkeit die Einfassungen von Zylinderkopfdichtungen mit galvanischen Dispersionsschichten aus bevorzugt Nickel mit eingelagerten Festschmierstoffteilchen versehen. Diese Schichten setzen zwar bei gleichzeitig hoher Temperaturbeständigkeit die Gleitreibung an den Einfassungsschenkeln wirkungsvoll herab, allerdings sind solche galvanische Dispersionsschichten nur relativ aufwendig herzustellen, und ihr Einsatz bei der Herstellung von Zylinderkopfdichtungen wird unwirtschaftlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Flachdichtungen mit eingefaßten Öffnungsrändern für insbesondere Verbrennungskraftmaschinen zu schaffen, deren Einfassungen durch eine Gleitbeschichtung vor einer Zerstörung geschützt sind, wobei die Gleitbeschichtung gegenüber thermischer und/oder extremer Dauerbelastung beständig und auf die Einfassungsschenkel einfach und wirtschaftlich auftragbar sein soll. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Gleitbeschichtung der Einfassungsschenkel gelöst, deren polymeres Bindemittel aus einem Thermoplasten mit einem Erweichungspunkt oberhalb 250°C besteht. In Versuchen erwies sich als Thermoplast ein Polyetheretherketon mit einem Erweichungspunkt zwischen 300 und 330°C besonders geeignet. Als Festschmierstoff konnte vor allem ein Polytetrafluorethylenpulver in Mengen von 60-98 Gewichtsprozent in der Gleitbeschichtung eingesetzt werden, im Prinzip sind jedoch alle bekannten Festschmierstoffe, wie vor allem Graphit, Molybdändisulfid oder hexagonales Bornitrid einzeln oder untereinander gemischt als Füllstoff der Gleitbeschichtung geeignet.

Obwohl Einfassungen am Brennraumrand von Zylinderkopfdichtungen im Betrieb auf Temperaturen bis zu 300°C belastet werden, erwies sich die erfindungsgemäße Gleitbeschichtung der Einfassungen auch bei der Temperaturbelastung des Motorbetriebs erstaunlicherweise auch nach einem Dauerbetrieb stabil und voll funktionsfähig. Offensichtlich scheint gerade der bei erhöhter Temperatur allmählich erweichende Thermoplast gute Gleiteigenschaften zu entwickeln, so daß die Gleitbeschichtung gerade dann, wenn sie bei erhöhter Temperatur starken Schiebebewegungen ausgesetzt ist, voll wirksam wird und die Einfassung vor einer Zerstörung schützt. Die Festschmierstoffüllung sorgt dabei gleichzeitig für eine Formstabilität der erweichenden Beschichtung, so daß sie bei erhöhter Temperatur und bei erhöhter Druckbelastung nicht zerstört wird. Entsprechend sollte daher der Festschmierstoffanteil im Gleitüberzug oberhalb 60 Gewichtsprozent liegen, während bei mehr als 98 Gewichtsprozent Festschmierstoffanteil keine ausreichende Bindung und Festigkeit der Gleitbeschichtung mehr entsteht. Entsprechend der Belastung der Gleitbeschichtung kann der Fachmann den Festschmierstoffanteil der Gleitbeschichtung auswählen und es wurde gefunden, daß der Festschmierstoffanteil bei extremer Temperaturbelastung in der Nähe des oberen Grenzwertes liegen sollte.

Besonders vorteilhaft ist gleichzeitig die hohe Dauerbeständigkeit der erfindungsgemäßen Gleitbeschichtung. Offensichtlich weil der als Bindemittel eingesetzte Thermoplast im Gegensatz zu dem bisher eingesetzten Duroplast unter Betriebsbedingungen nicht mehr vernetzen kann, versprödet die erfindungsgemäße Gleitbeschichtung nicht nach längerem Betrieb, sie bleibt voll funktionsfähig, sie platzt vom Einfassungsblech nicht ab und die Einfassungen werden auf Dauer vor einer Zerstörung durch höhere Reibungskräfte geschützt. Gefunden wurde auch, daß ohne Nachteil für die Funktionseigenschaften bis zu 50 Gewichtsprozent des Thermoplasten durch einen Duroplasten ersetzt sein kann.

Die erfindungsgemäße Gleitbeschichtung ist ferner nach den bekannten Verfahren, wie bevorzugt einem Siebdruckverfahren, auf die Einfassungen auftragbar. Das Material kann dabei entweder an einer Lösung mit darin dispergierten Festschmierstoffteilchen aufgetragen werden, oder der Auftrag kann bevorzugt direkt aus einer Schmelze des Thermoplasten mit dispergiertem Festschmierstoff erfolgen. Die Beschichtung kann dabei entweder nur auf einen oder beide Einfassungsschenkel aufgetragen werden, oder die Einfassungsschenkel können nur in besonders beanspruchten Zonen beschichtet sein. Die Beschichtung kann sich gegebenenfalls auch auf die Restflächenbereiche der Dichtung erstrecken, um falls erforderlich, dort eine Antiklebwirkung zu erzielen.

Wirtschaftlich vorteilhafter ist es aber, die Bleche schon vor ihrer Verarbeitung zu Einfassungen mit der Gleitbeschichtung zu versehen. Die Beschichtung der Bleche erfolgt dann durch Aufspritzen, Aufwalzen oder Tauchen. Besonders wirtschaftlich ist dabei die Beschichtung von Endlosbändern im Coil-Coating-Verfahren, wobei bevorzugt Polyetheretherketon-Thermoplasten mit darin dispergierten Polytetrafluorethylenpulver aus der Schmelze bei einer Beschichtungstemperatur von etwa 350°C aufgetragen werden. Die bei Verwendung von beschichteten Einfassungsblechen auch auf die Einfassungskrümmungsbereiche aufgetragene Gleitbeschichtung ist funktionslos und im motorischen Betrieb nicht störend. Die bevorzugte Stärke der Gleitbeschichtung liegt zwischen 0,01 und 0,1 mm.

Festgestellt wurde ferner, daß die erfindungsgemäße Gleitbeschichtung auf den Einfassungsblechen und gegebenenfalls auch auf dem umgebenden Weichstoffmaterial hervorragend haftet. Ebenfalls gut ist die Chemikalienbeständigkeit der Gleitbeschichtung, so daß die Gleitbeschichtung durch die Abdichtmedien Schmieröl, Kühlflüssigkeit und heiße Brenngase nicht zerstört wird.

Durch die Erfindung ist somit eine Gleitbeschichtung der Einfassungsschenkel an den Durchgangsöffnungen für Flachdichtungen von vor allem Verbrennungskraftmaschinen geschaffen, die die Einfassung vor einer Zerstörung im Betrieb bei dynamischer Belastung wirkungsvoll schützt. Die Gleitbeschichtung ist haftfest mit dem Einfassungsblech verbunden und gegenüber dem Abdichtmedium beständig, vor allem tritt aber keine Versprödung des Beschichtungsmaterials nach längerer Belastung ein, so daß die Gleitbeschichtung auch nach längerem Betrieb voll funktionsfähig bleibt und die Einfassung vor einer Zerstörung schützt. Der Auftrag der Gleitbeschichtung kann nach einfachen Methoden erfolgen, so daß vor allem damit ausgerüstete Zylinderkopfdichtungen oder Auspuffflanschdichtungen in der Massenfertigung wirtschaftlich hergestellt werden können.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel und die Abbildungen näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Zylinderkopfdichtung in Aufsicht, deren Brennraum mit beschichteten Einfassungen versehen sind, Fig. 2 einen Querschnitt der Zylinderkopfdichtung der Fig. 1 in der Linie II-II.

In eine Schmelze eines Polyetheretherketons (Erweichungspunkt 300 bis 330°C) wird Polytetrafluorethylenpulver eindispergiert, so daß eine Dispersion mit 30 Gewichtsprozent aus Polyetheretherketon und 70 Gewichtsprozent Polytetrafluorethylenfüllung entsteht. Die Schmelze wird in einer Schichtstärke von 0,03 mm auf ein Einfassungsblech aufgewalzt, aus dem Blech werden Einfassungen ausgestanzt und die Brennraumöffnungen von Zylinderkopfdichtungen werden so eingefaßt, daß die äußeren Oberflächen der Einfassungen mit der Gleitbeschichtung versehen sind.

Im Dauertest unter hoher Temperatur- und Druckbelastung bleiben die Zylinderkopfdichtungen ohne Einfassungsbrüche. Nach dem Ausbau zeigt die Gleitbeschichtung der Einfassungsschenkel kaum Benutzungsspuren und war voll funktionsfähig.

In Fig. 1 ist 1 die Zylinderkopfdichtung, deren Brennraumöffnungen 3 mit Einfassungen 2 versehen sind. Der äußere Schenkel der Einfassung 2 ist mit einer Gleitbeschichtung 4 (schraffiert dargestellt) versehen.

Das Querschnittsbild der Fig. 2 zeigt einen Schnitt in der Linie II-II der Zylinderkopfdichtung 1 der Fig. 1. Die Einfassung 2 ist U-förmig über den Rand der Dichtung 1 an der Brennraumöffnung 3 gebogen. Die Gleitbeschichtung 4 überdeckt ganzflächig die Außenfläche der Einfassung 2.

Claims (7)

1. Flachdichtung für insbesondere Verbrennungskraftmaschinen, wie insbesondere eine Zylinderkopfdichtung oder eine Auspuffflanschdichtung, mit mindestens einer metallisch eingefaßten Durchgangsöffnung und einer ganzflächigen oder teilflächigen eines oder beider Einfassungsschenkel aus einem Festschmierstoff mit einem polymeren Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Bindemittel aus einem Thermoplasten mit einem Erweichungspunkt oberhalb 250°C besteht.

2. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbeschichtung (4) aus 2 bis 40 Gewichtsprozent Bindemittel und 60 bis 98 Gewichtsprozent Festschmierstoffüllung besteht.

3. Flachdichtung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbeschichtung (4) eine Dicke zwischen 0,01 und 0,1 mm besitzt.

4. Flachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Bindemittel aus einem Polyetheretherketon mit einer Erweichungstemperatur zwischen 300 und 330°C besteht.

5. Flachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Festschmierstoffüllung aus Polytetrafluorethylen-, Molybdändisulfid-, hexagonalem Bornitrid- und/oder Graphitpulver besteht.

6. Flachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbeschichtung (4) auf die Einfassungsschenkel einer fertig eingefaßten Dichtung nach einem der bekannten Verfahren ein- oder beidseitig, teil- oder ganzflächig aufgetragen ist.

7. Flachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitbeschichtung (4) auf ein Einfassungsblech vor dem Ausstanzen der Einfassungen nach einem der bekannten Verfahren aufgetragen ist.