DE102004062790B4 - Metallische Flachdichtung für Brennkraftmaschinen sowie Verfahren zu deren Beschichtung - Google Patents
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Abstract
Metallische Flachdichtung für Brennkraftmaschinen, wobei die Flachdichtung mindestens eine metallische Lage aufweist, auf der bereichsweise im Bereich der Kontaktstelle zwischen Zylinderkopf, Motorblock und Ketten- bzw. Räderkasten eine Beschichtung zur Abdichtung aufgebracht ist, wobei die Beschichtung aus einem aufschäumbaren Beschichtungsmaterial enthaltend 30 bis 99 Gew.-% Fluorkautschuk-Copolymer als Matrixbildner und 1 bis 30 Gew.-% expandierbarer Mikrosphären mit einer thermoplastischen Schale gebildet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine metallische Flachdichtung sowie ein Verfahren zu deren Beschichtung jeweils gemäß den Ansprüchen.
- Im Stand der Technik bekannte Flachdichtungen dienen insbesondere der Abdichtung vom Zylinderkopf gegenüber dem Motorblock. Es existieren aber auch weitere Dichtungsstellen, die eine effiziente Abdichtung erfordern. Unter diese schwierig abzudichtenden Stellen fallen beispielsweise Stufen, Lunker-behaftete und grobe Oberflächen von Flachdichtungen, Bearbeitungsabsätze, Dichtspalte sowie Durchführungen, z. B. für Zuleitungen zu Sensoren. In dieser Gruppe erfordert auch die Abdichtung T-förmiger Dichtungsstellen und hier insbesondere das sog. Dreiländereck, das den Bereich des angeflanschten Kettenkastens am Rand der Flachdichtung betrifft, eine wirksame Abdichtung, deren technische Umsetzung jedoch mit vielfältigen Problemen verbunden ist.
- Diese auftretenden Probleme wurden im Stand der Technik damit versucht zu lösen, dass vor der Montage der Flachdichtung eine zusätzliche Dichtpaste aufgebracht wurde. Allerdings ist die manuelle Aufbringung derartiger Pasten sehr aufwendig, ebenso wird die manuelle Handhabung zu Dosierungsproblemen, was letztlich die Gefahr mit sich bringt, dass die Dichtpaste auf den Bauteilen verschnürt wird. Für die Großserienherstellung ist diese Vorgehensweise daher ungeeignet.
- Eine andere aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahme zur Behebung der Dichtprobleme beruht darauf, dass auf der Oberfläche der metallischen Flachdichtung Dichtraupen aus elastomerem Material aufgebracht werden. Die Höhe der Dichtraupen beträgt wenige Zehntel μm, da die Dichtraupen bei einer zu großen Höhe bei der Wärmeaushärtung zerfließen und Dichtraupen mit einer großen Breite einen Höheneinbruch unter die Randhöhen im Wölbungszenit aufweisen.
- Die
DE 197 04 315 A1 betrifft ein metallisches Dichtsystem, bei dem eine Lösung zur Abdichtung von porösen bzw. Lunker-behafteten Bauteilen präsentiert wird, die auf der Verwendung einer Adapterplatte basiert. Diese Adapterplatte ist an der der porösen Seite der Bauteiloberfläche zugewandten Seite zumindest bereichsweise mit einer elastischen, plastischen oder klebenden Beschichtung versehen, über die die Abdichtung realisiert wird. Die hier beschriebene zusätzliche Lage bringt aber den Nachteil der aufwendigen technischen Umsetzung und der damit verbundenen Kosten mit sich. - Die
DE 88 00 475 U1 lehrt eine Flachdichtung, bei der die Abdichtung durch elastische epoxidgeschäumte Dichtmassen erfolgt. Eine Epoxid-basierende Dichtmasse bringt zusätzlich den Nachteil mit sich, dass die Dichtmasse für die Abdichtung von Lunker-behafteten Oberflächen oder die Abdichtung von Stufen, wie sie z. B. im Dreiländereck auftreten, oder die Abdichtung von Dichtspalten zu hart ist. Weiterhin weisen Epoxid-basierende Dichtmassen unter der Einwirkung von Scherkräften die Neigung zur Bildung von Krümeln auf. - Aus der
EP 1 275 889 A2 ist eine metallische Flachdichtung bekannt, bei der als Abdichtungsmaterial Silikonharze beschrieben werden. Die in dieser Druckschrift beschriebenen Silikonharze bringen den Nachteil einer relativ geringen Festigkeit und einer unzureichenden Dauerbeständigkeit gegenüber Fluiden mit sich, die den Einsatz in den genannten Anwendungsgebieten stark beeinträchtigen. - Relevanter Stand der Technik findet sich außerdem in
US 5,429,869 A ,WO 97/22661 A1 DE 69 413 255 T2 ,US 2003/0166760 A1 DE 3802090 A1 ,EP 0 417 494 A2 undUS 6,575,473 B2 . - Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Flachdichtung mit einem Beschichtungsmaterial bereitzustellen, das eine hohe Elastizität aufweist, wodurch die Anpassungsfähigkeit und das Dichtpotential bei hohen Anforderungen verbessert werden soll.
- Diese Aufgabe wird durch die metallische Flachdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
- Es wird ein aufschäumbares Beschichtungsmaterial für die erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtungen bereitgestellt, das 30 bis 99 Gew.-%, vorzugsweise 70 bis 99 Gew.-% eines Fluorpolymers und 1 bis 30 Gew.-% expandierbarer Mikrosphären mit einer thermoplastischen Schale enthält.
- Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Beschichtungsmaterialien, die auf Silikon oder Epoxid basieren, weist das Beschichtungsmaterial für die erfindungsgemäße metallische Flachdichtung den Vorteil auf, dass es eine deutlich höhere Temperaturbeständigkeit besitzt. Weiterhin ist das aufschäumbare Beschichtungsmaterial deutlich elastischer und kann dadurch die Anpassungsfähigkeit bzw. das Dichtpotential bei hohen Anforderungen verbessern. Ein weiterer Vorteil der Beschichtungsmaterialien besteht darin, dass die gewünschte Wulsthöhe sehr genau eingestellt werden kann. So können beispielsweise Höhen zwischen 0,05 und 0,5 mm problemlos erreicht werden.
- Bevorzugt sind die Mikrosphären mit einem gasförmigen Medium gefüllt. Die Mikrosphären besitzen dabei vorzugsweise im nicht-expandierten Zustand eine Partikelgröße im Bereich von 5 bis 50 μm. Die Expansionstemperatur der Mikrosphären liegt vorzugsweise im Bereich von 80 bis 190°C, bevorzugt im Bereich von 100 bis 170°C und besonders bevorzugt im Bereich von 125 bis 160°C. Diese hohe Temperaturbeständigkeit ermöglicht erst den problemlosen Einsatz im Bereich der metallischen Flachdichtungen.
- Weiterhin weist das aufschäumbare Beschichtungsmaterial ein Fluorkautschuk-Copolymer als Matrix auf.
- Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Beschichtungsmaterial weitere Zusatzstoffe enthält. Diese sind insbesondere Füllstoffe. Als geeignete Füllstoffe kommen insbesondere Ruß, mineralische Füllstoffe, hierunter besonders bevorzugt Wollastonit, Kaolin oder Quarzmehl sowie zur Reibungsminderung Zuschlagstoffe, hierunter besonders bevorzugt Polytetrafluorethylen, Molybdänsulfid, Bornitrid oder Graphit.
- Vorzugsweise weist die Beschichtung eine Schichtdicke im Bereich von 60 μm bis 1 mm, besonders bevorzugt von 80 μm bis 400 μm auf.
- Die Beschichtung kann dabei auf beiden Seiten der metallischen Lage bereichsweise aufgebracht sein. Die Beschichtung wird dabei so aufgebracht, dass eine Abdichtung von Stufen im Bereich der Kontaktstellen zwischen Zylinderkopf, Motorblock und Ketten- bzw. Räderkästen möglich ist.
- Bevorzugt weist die erfindungsgemäße metallische Flachdichtung eine den Flachdichtungsrand umlaufende und zu diesem beabstandete Beschichtung aus dem Fluorpolymer auf. Das Fluorpolymer weist dabei zusätzlich im Bereich oben genannter schwierig abzudichtender Stellen die genannten expandierbaren Mikrosphären vor dem Vulkanisieren auf.
- Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung mit einem Beschichtungsmaterial aus einem aufgeschäumten Fluorpolymer bereitgestellt, bei dem das Beschichtungsmaterial mittels Siebdruck oder einer Dosiereinrichtung auf mindestens eine metallische Lage der Flachdichtung aufgebracht wird und anschließend das Beschichtungsmaterial thermisch behandelt wird, um durch Expansion der expandierbaren Mikrosphären ein Aufschäumen des Fluorpolymers zu erreichen. Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren sind aber ebenso alle anderen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Beschichtung einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung mit dem genannten Beschichtungsmaterial möglich.
- Vorzugsweise wird die beschriebene thermische Behandlung des Beschichtungsmaterials bei Temperaturen von 80 bis 190°C, bevorzugt bei Temperaturen von 100 bis 170°C, besonders bevorzugt bei Temperaturen von 125 bis 160°C durchgeführt. Die thermische Behandlung wird dabei bzw. durch Ausheizen und/oder Vulkanisieren durchgeführt.
- Anhand des nachfolgenden Beispiels soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigte spezielle Ausführungsvariante zu beschränken.
- Ein für die erfindungsgemäßen Flachdichtungen verwendbares aufschäumbares Beschichtungsmaterial wird anhand der nachfolgenden Zusammensetzung definiert:
100 phr FKM Copolymer 30 phr Ruß N990 10 phr MgO 2 phr Curative VC 20 4 phr Curative VC 30 170 phr Lösungsmittel (Ester) 10 phr expandierende Mikrosphären - Die hier genannten Mengenangaben (phr = per hundred rubber) betreffen lediglich eine bevorzugte Ausführungsform, sind aber natürlich in den in den Ansprüchen und der Beschreibung angegebenen Grenzen beliebig variierbar.
Claims (11)
- Metallische Flachdichtung für Brennkraftmaschinen, wobei die Flachdichtung mindestens eine metallische Lage aufweist, auf der bereichsweise im Bereich der Kontaktstelle zwischen Zylinderkopf, Motorblock und Ketten- bzw. Räderkasten eine Beschichtung zur Abdichtung aufgebracht ist, wobei die Beschichtung aus einem aufschäumbaren Beschichtungsmaterial enthaltend 30 bis 99 Gew.-% Fluorkautschuk-Copolymer als Matrixbildner und 1 bis 30 Gew.-% expandierbarer Mikrosphären mit einer thermoplastischen Schale gebildet ist.
- Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung auf beiden Seiten der metallischen Lage bereichsweise aufgebracht ist.
- Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachdichtung eine den Flachdichtungsrand umlaufende und zu diesem beabstandete Beschichtung aus einem Fluorpolymer aufweist, die im Bereich der Kontaktstelle zwischen Zylinderkopf, Motorblock und Ketten- bzw. Räderkasten zusätzlich expandierbare Mikrosphären aufweist.
- Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrosphären mit einem gasförmigen Medium, insbesondere einem gasförmigen Kohlenwasserstoff, gefüllt sind.
- Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrosphären im nicht-expandierten Zustand eine Partikelgröße im Bereich von 5 bis 50 μm aufweisen.
- Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionstemperatur der Mikrosphären im Bereich von 80 bis 190°C, insbesondere von 100 bis 170°C liegt.
- Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial weitere Zusatzstoffe, insbesondere Füllstoffe enthält.
- Flachdichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial Ruß, mineralische Füllstoffe, insbesondere Wollastonit, Kaolin oder Quarzmehl sowie zur Reibungsminderung Zuschlagstoffe, insbesondere Polytetrafluorethylen, Molybdänsulfid, Bornitrid oder Graphit enthält.
- Verfahren zur Beschichtung einer metallischen Flachdichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Beschichtung aus einem aufschäumbaren Beschichtungsmaterial enthaltend 30 bis 99 Gew.-% Fluorkautschuk-Copolymer als Matrixbildner und 1 bis 30 Gew.-% expandierbarer Mikrosphären mit einer thermoplastischen Schale gebildet ist, wobei das Beschichtungsmaterial mittels Siebdruck oder einer Dosiereinrichtung auf mindestens eine metallische Lage der Flachdichtung bereichsweise im Bereich der Kontaktstelle zwischen Zylinderkopf, Motorblock und Ketten- bzw. Räderkasten aufgebracht wird und anschließend das Beschichtungsmaterial thermisch behandelt wird, um durch Expansion der expandierbaren Mikrosphären ein Aufschäumen des Beschichtungsmaterials zu erreichen.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung bei Temperaturen von 80 bis 190°C, insbesondere von 100 bis 170°C durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung durch Ausheizen und/oder Vulkanisieren erfolgt.
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| DE102004062790A1 (de) | 2006-07-13 |
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