DE3643281A1

DE3643281A1 - Flachdichtung, insbesondere zylinderkopfdichtung fuer verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE3643281A1
Application number: DE19863643281
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef Giesen; Hans-Rainer Dr Zerfass
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1986-12-18
Filing date: 1986-12-18
Publication date: 1988-07-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtung, wie insbesondere eine Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen, mit einer ganz- oder teilflächigen, ein- oder beidseitigen Beschichtung aus einem polymeren Material.

Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen bestehen aus Weichstoffmaterialien oder aus Metallblechen. Als Weichstoffmaterialien werden gegebenenfalls imprägnierte, asbestfreie oder asbesthaltige Faservliesmaterialien verwendet; die Durchgangsöffnungen für die Kühlmittel, das Schmieröl und den Brennraum können sowohl bei Metalldichtungen als auch bei Weichstoffdichtungen mit gegebenenfalls beschichteten Metallblechen eingefaßt werden, und die Metalldichtungen können Weichstoffeinlagen besitzen oder mit den verschiedensten Oberflächenbehandlungsmitteln behandelt sein.

Die Dichtflächen von Zylinderkopfdichtungen werden darüber hinaus zur Verbesserung ihrer Abdichtgüte mit ein- oder beidseitigen, teil- oder ganzflächigen Beschichtungen aus polymerem Material versehen. Polymere Materialien sind Thermoplaste oder Duroplaste, die sich beim Einbau unter dem Dichtpressendruck noch verformen und dadurch an den korrespondierenden Dichtflächen gut anliegen und abdichten.

Nach der DE-OS 16 50 006 werden Zylinderkopfdichtungen aus Metall oder Weichstoff mit dem Thermoplast Polytetrafluorethylen überzogen, welches vor allem eine hohe Beständigkeit gegenüber den Abdichtmedien und die Betriebshitze des Motors besitzt. Polytetrafluorethylen besitzt aber eine schlechte Haftfähigkeit zu anderen Werkstoffen und man müßte zur besseren Haftung aufwendig den Haftgrund vorbereiten und spezielle Haftmittel verwenden. Eine Beschichtung mit schlechter Haftung an der Dichtung ist aber nicht brauchbar, denn durch die dynamische Belastung im motorischen Betrieb wird eine sich ablösende Beschichtung schnell zerstört und unbrauchbar.

Beschichtungen auf Zylinderkopfdichtungen bestehen in der Praxis vielfach auch aus Silikonharz, das auf die Dichtungen aus reaktiven Lösungen aufgetragen und dort unter Verbindung mit der Dichtungsplatte getrocknet und vernetzt wird. Silikonharz besitzt dabei vor allem eine gute Beständigkeit gegenüber den abzudichtenden Medien und der Betriebshitze des Motors.

Bessere Beständigkeitswerte und funktionstechnische Daten als Silikonharze besitzen Fluorkautschuke, die bei besonderer Arbeitsweise auch als reaktive Lösungen auf die Dichtungsplatte aufgetragen, getrocknet und ausvulkanisiert werden können. Beschichtungen aus Fluorkautschuken besitzen jedoch, ähnlich wie das Polytetrafluorethylen, eine schlechte Haftung an anderen Werkstoffen. Vor allem bei Zylinderkopfdichtungen, bei denen die Dichtflächen, wie aufgezeigt, aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind, müßten zur Erzielung der erforderlichen optimalen Haftung für jede Werkstoffkombination spezielle und dadurch teure Haftmittel verwendet werden und/oder es müßten spezifische Vulkanisationsbedingungen für jede Werkstoffkombination angewendet werden. Zylinderkopfdichtungen mit guter Haftung der Fluorkautschukbeschichtungen an den Dichtflächen sind daher nur schwer beziehungsweise unwirtschaftlich herstellbar. Bindefehler führen bei solchen Dichtungen häufig zur Zerstörung und zum Unwirksamwerden der Beschichtung.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, dessen polymere Beschichtung aus Fluorkautschuk gebildet ist, welches eine funktionsmäßig erforderliche Haftung an den Dichtflächen aus gegebenenfalls unterschiedlichen Materialien besitzt. Die gute Haftung der Beschichtung muß dabei mit einfachen und wirtschaftlichen Mitteln herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird durch eine Flachdichtung gelöst, deren Beschichtung aus einer Fluorkautschukmischung gebildet ist, die erfindungsgemäß 1 bis 10 Gewichtsprozent (bezogen aus den Kautschukanteil) eines härtbaren Epoxidharz-Härter-Systems enthält. Das bevorzugt eingesetzte Epoxidharz-Härter-System besteht aus Epichlorhydrin-Bisphenol A mit integriertem, fein kristallinem, festem Härter aus bevorzugt Dicyandiamid, und die Kautschukmischung wird bevorzugt aus einer Lösung auf die Dichtflächen aufgetragen, dort getrocknet und während 5 bis 20 Minuten bei 150 bis 200°C ausvulkanisiert.

Bei den erfindungsgemäß beschichteten Dichtungen wurde überraschenderweise eine gleich gute Haftung des Fluorkautschuküberzugs sowohl an den Dichtflächen aus Weichstoff als auch an den Dichtflächen aus Metall gefunden. Offensichtlich wirkt dabei das zugesetzte und sich beim Vulkanisieren aushärtende Epoxidharzsystem als Haftvermittler, der die universell gute Haftung der Beschichtung an den Dichtflächen vermittelt. Wechselwirkungen zwischen dem aushärtenden Epoxidharzsystem in den erfindungsgemäßen Mengen und dem Fluorkautschuk sowie den weiteren Zusätzen des Überzugsmaterials scheinen beim Vulkanisieren nicht stattzufinden, denn Fluorkautschukbeschichtungen mit und ohne Epoxidharzsystemzusatz zeigten etwa die gleichen technologischen Eigenschaften. Bei mehr als 10 Gewichtsprozent Epoxidharzsystemzusatz waren die ausvulkanisierten Beschichtungen zu hart und für Dichtungen nicht mehr verwendbar, während bei weniger als 1 Gewichtsprozent Zusatz keine wesentliche Verbesserung der Haftung festgestellt wurde.

Mit den erfindungsgemäßen Fluorkautschukbeschichtungen versehene Zylinderkopfdichtungen wurden in Motortestläufen untersucht. Dabei wurde gefunden, daß die Dichtungen ein verbessertes Funktionsverhalten gegenüber silikonharzbeschichteten Zylinderkopfdichtungen aufwiesen. Abrisse der Fluorkautschukbeschichtungen von Dichtungsteilen sowohl aus Metall als auch aus Weichstoff wurden in Dauertestläufen nicht festgestellt. Die Dichtungen sind somit voll funktionsfähig im Motor im Dauerbetrieb mit hoher Lebensdauer verwendbar.

Die erfindungsgemäße Beschichtung wird bevorzugt aus einer Mischung von
100 Gewichtsteilen handelsüblichem Fluorkautschuk
1 bis 10 Gewichtsteilen Epoxidharzhärtersystem aus bevorzugt Epichlorhydrin/Bisphenol A mit integriertem, fein kristallinem Dicyandiamid
2 bis 8 Gewichtsteilen peroxidischem Vernetzer, wie Dicumylperoxid
1 bis 8 Gewichtsteilen Vernetzungshilfsmittel, wie Zinkstearat
sowie gegebenenfalls weiteren Vernetzungshilfsmitteln, Alterungsschutzmitteln und weiteren in der Elastomertechnik üblichen Zusatzstoffen hergestellt.

Diese Mischungen können in Lösungsmitteln, wie Ethylacetat oder Methylethylketon gelöst beziehungsweise dispergiert und in dieser Form auf die Dichtungen aufgespritzt werden. Hierbei können extrem dünne Beschichtungen von einer Stärke zwischen 0,05 und 0,3 mm hergestellt werden. Im Prinzip kann die Mischung jedoch auch gegebenenfalls unter Zusatz geringerer Mengen an Lösungsmittel in pastöser Form durch ein Sieb, gegebenenfalls auch partiell oder in Form von Auflagen auf die Dichtungen aufgetragen werden, oder die plastische Mischung kann auf die Dichtungsplatte aufgewalzt werden. Nach dem gegebenenfalls erforderlichen Trocknen zum Abdampfen der Lösungsmittel erfolgt die Vernetzung und Vulkanisation auf der Dichtungsplatte bevorzugt bei 150 bis 200°C während 5 bis 20 Minuten im Ofen.

Durch die Erfindung ist somit eine Flachdichtung mit einer Fluorkautschukbeschichtung geschaffen, die eine gute Haftung auf der Dichtung besitzt, wobei die gute Haftung durch einfache, die Dichtungsherstellung nicht wesentlich verteuernde Maßnahmen erzielt wird. Die erfindungsgemäße Dichtung besitzt dadurch die guten funktionstechnischen Eigenschaften einer fluorkautschukbeschichteten Dichtung in bezug vor allem auf die Elastizität, die Beständigkeit und das Abdichtverhalten bei den Temperaturbelastungen einer Verbrennungskraftmaschine, wobei durch die gute Haftung der Beschichtung keine Zerstörungen auftreten können und das Funktionsverhalten der Dichtung mit langer Lebensdauer nicht beeinträchtigt wird. Während die Erfindung sich bevorzugt auf ganzflächig, beidseitig beschichtete Zylinderkopfdichtungen aus Weichstoff oder Metall bezieht, können die Beschichtungen auch partiell in der Form von Auflagen oder nur einseitig auf die Dichtungen aufgetragen werden. Ebenso können auch andere Dichtungen, vorzugsweise für Verbrennungskraftmaschinen, mit den erfindungsgemäßen Beschichtungen versehen werden.

Claims

1. Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen, mit einer ganz- oder teilflächigen, ein- oder beidseitigen Beschichtung aus einem polymeren Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einer Fluorkautschukmischung gebildet ist, welche 1 bis 10 Gewichtsprozent eines härtbaren Epoxidharz-Härter-Systems (bezogen auf den Kautschukanteil) enthält.

2. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das härtbare Epoxidharz-Härter-System aus Epichlorhydrin-Bisphenol A mit integriertem, fein kristallinem, festem Härter aus Dicyandiamid besteht.

3. Flachdichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsmaterial aus einer Lösung auf die Dichtungsplatte aufgetragen und dort nach dem Abdampfen des Lösungsmittels durch Erhitzen im Ofen bei 150 bis 200°C während 5 bis 20 Minuten ausvulkanisiert wird.

4. Flachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Beschichtung zwischen 0,05 und 0,3 mm liegt.

5. Flachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einer Fluorkautschukmischung mit
100 Gewichtsteilen eines handelsüblichen Fluorkautschuks
1 bis 10 Gewichtsteilen eines Epoxidharzhärtersystems
2 bis 8 Gewichtsteilen eines peroxidischen Vernetzers
1 bis 8 Gewichtsteilen Zinkstearat und
gegebenenfalls weiteren in der Kautschuktechnologie üblichen Zusatzmitteln, wie Vernetzungshilfsmitteln und Alterungsschutzmitteln, gebildet ist.