DE102004034824A1

DE102004034824A1 - Metallische Flachdichtung

Info

Publication number: DE102004034824A1
Application number: DE102004034824A
Authority: DE
Inventors: Lothar Quick; Jürgen Dr. Schneider; Harald Plebst
Original assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Current assignee: Reinz Dichtungs GmbH
Priority date: 2004-07-19
Filing date: 2004-07-19
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: DE102004034824B4; US20080093808A1; MX2007000706A; WO2006008071A1; CA2570702A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine metallische Flachdichtung mit wenigstens einer Dichtungslage, in der sich wenigstens eine Durchgangsöffnung befindet, die von einem Dichtelement umgeben ist und die auf einer ihrer Oberflächen im Bereich des Dichtelements wenigstens abschnittsweise eine Oberflächenstrukturierung aufweist. Die Oberflächenstrukturierung besteht aus einer Vielzahl von Vertiefungen, die zueinander benachbart angeordnet sind und durch Bestrahlung der Oberfläche mittels Laserstrahlung erhalten wurden. Die Oberflächenstrukturierung eignet sich hervorragend als Untergrund für eine Beschichtung oder ein elastomeres Dichtelement. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der Dichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Flachdichtung mit wenigstens einer Dichtungslage, in der sich eine oder mehrere Durchgangsöffnungen befinden. Die wenigstens eine Durchgangsöffnung wird zum Abdichten von einem Dichtelement umgeben, bei dem es sich üblicherweise um eine in die Dichtungslage eingeformte Sicke bzw. eine an- oder aufgespritzte Elastomerraupe (Elastomerprofildichtelement) handelt. Die Sicke kann sich plastisch-elastisch verformen und sorgt so auch bei Veränderungen des Dichtspalts für eine ausreichende Abdichtung der von der Sicke umschlossenen Durchgangsöffnung.

Um die Mikroabdichtung weiter zu verbessern, werden metallische Sickendichtungen häufig zumindest im Bereich der die Durchgangsöffnungen umgebenden Sicken mit einer Beschichtung versehen. Elastomerprofildichtungen sind ebenfalls plastisch-elastisch verformbar; sie bewirken eine kombinierte Makro- und Mikroabdichtung. Elastomerprofildichtelemente werden nicht nur auf den Oberflächen der metallischen Dichtungslagen (ein- oder beidseitig) aufgebracht, sondern können auch am Innenrand der Durchgangsöffnung angespritzt sein. Ebenso ist eine von der Oberseite über die Kante auf die Unterseite sich erstreckende Anbringung möglich, sodass der Innenrand der Metallplatte in das Elastomerprofildichtelement hineinragt.

Im Folgenden werden sowohl Sicken als auch Elastomerprofildichtelemente als Dichtelemente bezeichnet, unabhängig davon, dass erstere bereits vor der nachfolgend beschriebenen Vorbehandlung vorhanden sein können und letztere erst nach der Vorbehandlung aufgebracht werden.

Das Material der Beschichtung oder des Elastomerprofildichtelements besteht häufig aus einem natürlichen oder synthetischen Elastomer wie beispielsweise einem Fluorkautschuk, Siliconkautschuk oder NBR-Kautschuk. Diese Beschichtung bzw. das Elastomerprofildichtelement sind relativ weich und können sich so Oberflächen-Rauigkeiten hervorragend anpassen. Es muss jedoch sichergestellt werden, dass die Beschichtung bzw. das Elastomerprofildichtelement zwischen der Dichtung und der abzudichtenden Gegenfläche nicht zu leicht von der Dichtung abgerieben wird. Um die Haftung der Beschichtung bzw. des Elastomerprofildichtelements auf der Dichtungsoberfläche zu verbessern, waren deshalb bisher eine Vielzahl von Vorbereitungsschritten erforderlich. Üblicherweise wurde dabei die vorgestanzte Dichtung, in die gegebenenfalls die Sicke(n) bereits eingeprägt war(en), zunächst entfettet. Die Entfettung erfolgte in der Regel in einem Nassreinigungsverfahren, das wenigstens zwei Spülschritte, zum Beispiel mit organischem Lösemittel, und das Trocknen der Dichtungsvorform umfasst. Anschließend wurde die Dichtungsvorform zur Aktivierung der Dichtungsoberfläche behandelt. Auf die so behandelte Oberfläche wurde dann ein Primer als Haftvermittlerschicht aufgetragen. Nach dem Trocknen des Primers schließlich konnte dann der eigentliche Beschichtungsvorgang bzw. das Aufbringen der Elastomerprofildichtelemente stattfinden. Ein solcher üblicher Beschichtungsvorgang mit seinen Vorbereitungshandlungen ist in 4a schematisch dargestellt.

Das in 4a zusammengefasste Beschichtungsverfahren ist nicht nur aufwändig, kompliziert und kostenintensiv, sondern bei Verwendung organischer Lösemittel im Nassreinigungsschritt zudem auch noch umweltschädlich. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass aufgrund unterschiedlicher Rohmaterialqualitäten und dadurch bedingter unterschiedlicher Standzeit des Reinigungsbades eine extrem aufwändige Prozesskontrolle notwendig ist, um ein qualitativ gleich bleibendes Beschichtungsergebnis zu erhalten. Ein weiterer gravierender Nachteil ist darin zu sehen, dass die als Haftvermittlerschichten verwendeten Primer in der Regel nicht besonders temperaturstabil sind. Als Folge davon können auf die Primer-Grundierung üblicherweise keine Pulverbeschichtungen aufgebracht werden, da diese Pulverbeschichtungen bei Temperaturen eingebrannt werden müssen, bei denen der Primer nicht mehr stabil ist. Dies schränkt auch die Auswahl der verwendbaren Elastomere ein.

Es bestand daher ein Bedarf an einer metallischen Flachdichtung, bei der die obigen Nachteile nicht auftreten. Insbesondere bestand ein Bedarf an einer metallischer Flachdichtung, die sich in wenigen Verfahrensschritten kostengünstig und schnell mit einer Beschichtung oder einem Elastomerprofildichtelement versehen lässt, die eine gute Haftung auf der Dichtungsoberfläche besitzen. Zudem sollte die Beschichtung bzw. das Elastomerprofildichtelement möglichst auch ohne Primer-Autrag eine gute Haftung auf der Dichtung aufweisen. Aufgabe der Erfindung ist es entsprechend, eine derartige Dichtung sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der metallischen Flachdichtung gemäß Anspruch 1 sowie dem Verfahren gemäß Anspruch 23. Bevorzugte Ausführungsformen und Verfahrensvarianten sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung also eine metallische Flachdichtung mit wenigstens einer Dichtungslage, in der sich wenigstens eine Durchgangsöffnung befindet, die von einem Dichtelement umgeben ist. Zumindest im Bereich dieses Dichtelements ist auf wenigstens einer der Oberflächen der Dichtungslage wenigstens abschnittweise eine Oberflächenstrukturierung vorhanden. Die Oberflächenstrukturierung besteht aus einer Vielzahl zueinander benachbarter Vertiefungen, die dadurch erhältlich sind, dass die Oberfläche mittels Laserstrahlung behandelt wird.

Erfindungsgemäß wird die Bestrahlung der Oberfläche der wenigstens einen metallischen Dichtungslage also so durchgeführt, dass sich auf der Oberfläche eine Oberflächenstrukturierung ergibt, die aus einer Vielzahl nebeneinander angeordneter Vertiefungen besteht. Die Vertiefungen bilden sich dabei durch ein Aufschmelzen des Materials der Dichtungslage. Durch die infolge der Laserbestrahlung erzeugte Hitze werden feinste Partikel aus Metall oder Metallverbindungen aus der Oberfläche herausgelöst und verdampft. Offenbar findet im Bereich der Vertiefungen zumindest partiell eine Veränderung der physikalischen Oberflächenstruktur im Material der Dichtungslage statt. In einigen Fällen kommt es auch zu einer chemischen Veränderung des Materials der Dichtungslage. Die Oberflächenbehandlung mittels Laserstrahlung wird jedoch zweckmäßig so durchgeführt, dass es nicht zu einer Schädigung der mechanischen Eigenschaften des Materials der Dichtungslage oder zu einer unerwünschten Schwächung der Dichtungslage kommt. In jedem Fall erzeugt jedoch die Oberflächenstrukturierung mittels Laserstrahlung eine größere Oberfläche, als sie vor der Laserbehandlung vorhanden war. Die Laser-behandelte Oberfläche ist in der Regel rauer als die unbehandelte Oberfläche. Diese Oberflächenvergrößerung und erhöhte Rauheit scheinen die Hauptgründe dafür zu sein, dass eine im Bereich der Oberflächenstrukturierung aufgetragene Beschichtung bzw. das Elastomerprofildichtelement eine deutlich verbesserte Haftung aufweist als auf der unbehandelten Oberfläche.

Diese starkverbesserte Haftung auf der metallischen Dichtungslage wurde in verschiedenen Kratztests nach Lagerung der beschichteten Dichtung in verschiedenen organischen Lösemitteln bestätigt. Auch fließt die Beschichtung bei mechanischer Beanspruchung im Falle einer erfindungsgemäßen Dichtung weniger leicht weg als bei einer herkömmlichen Flachdichtung. Die Verbesserung der Haftung wird ohne jede weitere Vorbehandlung der metallischen Dichtungslage erreicht. Weder ist es erforderlich, die metallische Dichtungslage vor der Beschichtung zu entfetten, noch muss ein Primer als Haftvermittler aufgetragen werden. Außerdem entfällt eine Aktivierung vor dem Auftrag des Primers. Das bisher übliche sechsstufige Beschichtungsverfahren lässt sich somit auf lediglich drei Stufen verkürzen, was schematisch in 4b dargestellt ist. Neben der Kosten- und Zeitersparnis ist zudem von Vorteil, dass organische Lösemittel beim Entfetten und der Primer als Haftvermittler eingespart werden können. Die erfindungsgemäße metallische Flachdichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind daher auch unter Umweltschutz-Gesichtspunkten deutlich gegenüber den Verfahren des Standes der Technik im Vorteil.

Nur der Klarheit halber sei noch erwähnt, dass die erfindungsgemäße Erzeugung einer Oberflächenstrukturierung mittels Laserstrahlen nichts mit den Laser-Reinigungsverfahren zu tun hat, die bereits bisher auch bei metallischen Flachdichtungen angewendet wurden. Ein solches Oberflächenreinigungsverfahren ist beispielsweise in der DE 19900910 A1 beschrieben. Dort wird Laserstrahlung dafür eingesetzt, auf einer metallischen Oberfläche vorhandene Schmutz- oder Deckschichten zu entfernen. Der Laserstrahl wird dabei gezielt so eingestellt, dass das Grundmaterial, auf dem die Deckschichten vorhanden sind, nicht verändert wird. Im Unterschied dazu wird bei der Erfindung dagegen das Grundmaterial, die metallische Dichtungslage, die beschichtet werden soll, verändert, indem benachbarte Vertiefungen in die Oberfläche eingeschmolzen werden.

Die Erfindung eignet sich grundsätzlich für alle metallischen Flachdichtungen, die wenigstens eine metallische Dichtungslage aufweisen. Die metallische Dichtungslage kann beispielsweise aus jeder Art von Stahl wie Kohlenstoffstahl bestehen. Besonders geeignet als Material der Dichtungslage ist Edelstahl. Die durch Laserbehandlung erzeugte Oberflächenstrukturierung befindet sich zweckmäßig zumindest an allen den Stellen, die mit einer Beschichtung bzw. einem Elastomerprofildichtelement versehen werden sollen. Dies sind üblicherweise zumindest diejenigen Bereiche, die mit einer der abzudichtenden Gegenflächen in Kontakt treten. Da dieser Kontakt üblicherweise im Bereich der Dichtelemente erfolgt, ist die Oberflächenstrukturierung zumindest abschnittweise im Bereich wenigstens eines Dichtelements der erfindungsgemäßen Flachdichtung vorhanden. Dabei kann es grundsätzlich ausreichend sein, die Oberflächenstrukturierung nur dort vorzusehen, wo ein Kontakt des Dichtelements mit der abzudichtenden Gegenfläche oder auch einer benachbarten Dichtungslage zu erwarten ist. Zweckmäßig wird jedoch der Bereich der Oberflächenstrukturierung über diesen Bereich hinaus seitlich verbreitert und auch über die gesamte Länge des Dichtelements vorgesehen.

Als geeignete Dichtelemente kommen vor allem in die Dichtungslage eingeformte Sicken oder Dichtelemente aus elastomerem Material in Betracht. Selbstverständlich können die verschiedenen Typen von Dichtelementen auch in Kombination in einer Dichtung vorkommen – also beispielsweise im Falle einer Zylinderkopfdichtung Sicken als Dichtelemente für die Brennraumöffnungen und Elastomerprofildichtelemente für Schrauben-, Kühlwasser- und Ölöffnungen. Die Elastomerprofildichtelemente können aber auch mit anderen Brennraumabdichtelementen als Sicken, nämlich zum Beispiel Brennraumringen kombiniert werden.

Handelt es sich bei dem Dichtelement um eine Sicke, erstreckt sich die Oberflächenstrukturierung in der Breite zumindest über den Bereich des Sickenscheitels, der Sickenflanken und der Sickenfüße, kann aber auch seitlich über den Bereich der Sickenfüße hinaus ausgedehnt werden. Handelt es sich bei dem Dichtelement um ein Elastomerprofildichtelement, so erstreckt sich die Oberflächenstrukturierung bevorzugt zumindest über die Auflagefläche dieser Profilierung auf der Dichtungslage, sie kann aber auch hier seitlich über den Auflagebereich hinaus ausgedehnt werden. Das Dichtelement kann ansonsten grundsätzlich wie im Stand der Technik üblich um eine einzelne oder um mehrere Durchgangsöffnungen für Befestigungselemente, Gas oder Flüssigkeit herum verlaufen und diese einschließen. Werden mehrere Durchgangsöffnungen gemeinsam abgedichtet, verläuft ein Dichtelement häufig in der Nähe der Außenkante der Dichtung. Bevorzugte metallische Flachdichtungen, in denen die erfindungsgemäße Oberflächenstrukturierung zum Einsatz kommen kann, sind zum Beispiel Krümmerdichtungen und Zylinderkopfdichtungen. In letzteren kann das Dichtelement beispielsweise eine Sicke sein, die jeweils eine der Zylinderöffnungen der Flachdichtung umgibt und/oder eine Sicke, die eine oder mehrere Öl- oder Kühlwasseröffnungen einschließt. Aufgrund ihrer thermischen Eigenschaften können Elastomerprofildichtelemente nicht zur Abdichtung von Durchgängen für Brenngase verwendet werden. Alle diese Dichtelemente sind vorzugsweise auf wenigstens der Seite der Dichtungslage, die dem abzudichtenden Bauteil zugewandt ist, im Bereich der Dichtelemente vollständig mit einer Oberflächenstrukturierung versehen.

Zusätzlich oder alternativ hierzu kann die Oberflächenstrukturierung auch im Bereich des Dichtungsaußenrandes oder, bei Verwendung von Elastomerprofildichtelementen als Dichtelemente, im Bereich der Innenkante einer Schrauben-, Öl- oder Kühlwasseröffnung vorhanden sein. Das Elastomerprofildichtelement kann dabei nur an der Kante, aber auch von der Oberseite um die Kante herum auf die Unterseite reichend aufgebracht sein. Dabei kann es ausreichend sein, die Oberflächenstrukturierung nur abschnittweise vorzusehen. Beispielsweise kann es ausreichen, die Oberflächenstrukturierung nur auf einer oder beiden Oberseiten der Dichtungslage vorzusehen, nicht aber im stirnseitigen Bereich um die Öffnung, der zwischen den beiden Oberseiten liegt. Im Falle der Oberflächenstrukturierung im Randbereich der Dichtung ist es grundsätzlich bevorzugt, die Oberflächenstrukturierung entlang des gesamten Dichtungsrandes umlaufen zu lassen, vor allem, wenn im gesamten Randbereich der Dichtung ein Dichtelement wie eine umlaufende Sicke vorhanden ist. Bevorzugt ist also die Oberflächenstrukturierung überall dort vorhanden, wo in der Dichtungslage Dichtelemente, beispielsweise in Form von Sicken oder Elastomerprofildichtelementen, vorhanden sind. Zweckmäßig ergibt sich daraus ein bandförmiger Verlauf der Oberflächenstrukturierung über die Oberfläche und/oder Kante der Dichtungslage.

Umfasst die metallische Flachdichtung mehrere Dichtungslagen, kann die erfindungsgemäße Oberflächenstrukturierung auf nur einer oder auf mehreren Dichtungslagen vorhanden sein. Zweckmäßig ist die Oberflächenstrukturierung zumindest auf den Oberflächen vorhanden, die im Einbauzustand der Dichtung den abzudichtenden Gegenflächen zugewandt sind. Die Oberflächenstrukturierung kann auch auf Dichtungslagen vorhanden sein, die keine Dichtelemente umfassen. In diesem Zusammenhang sei zum Beispiel auf die DE 19704315 A1 verwiesen, bei der eine der einer Gegenfläche zugewandten Dichtungslagen keine Dichtelemente aufweist, aber zumindest partiell mit einer plastisch-elastischen Beschichtung versehen ist. Die Oberflächenstrukturierung bietet auch hier hervorragende Haftungsbedingungen für die Beschichtung. Es können jedoch auch auf den inneren Dichtungslagen Oberflächenstrukturierungen vorgesehen sein. Die Oberflächenstrukturierungen können nur bereichsweise vorhanden sein oder auch ganzflächig über die gesamte Oberfläche der Dichtungslage. Letzteres ist aber im Allgemeinen wegen des erhöhten Aufwands bei der Herstellung nicht bevorzugt.

Im Falle der Beschichtung von Sickendichtungen kann die Oberflächenstrukturierung grundsätzlich in praktisch jedem Verfahrensstadium vor der Beschichtung auf dem Metallrohling erzeugt werden, also vor oder nach dem Ausstanzen der einzelnen Dichtungslagen aus einem Metallblech, vor oder nach dem Einstanzen der Durchgangsöffnungen oder vor oder nach dem Einprägen von Sicken oder sonstigen Metallbearbeitungsschritten. Generell ist es jedoch bevorzugt, die Oberflächenstrukturierungen nach Abschluss der Stanzschritte zu erzeugen, was bei Elastomerprofildichtungen am Innenrand der Durchgangsöffnungen oder an der Dichtungsaußenkante natürlich notwendig ist.

Die Vertiefungen, die die Oberflächenstrukturierung bilden, können grundsätzlich in Form der verschiedensten regelmäßigen oder unregelmäßigen Punktraster auf der Oberfläche der Dichtungslage erzeugt werden. Hierzu wird der Laserstrahl aus einer Laserstrahlquelle wiederholt auf den Bereich der Oberfläche der metallischen Dichtungslage fokussiert, um die zueinander benachbart angeordneten Vertiefungen zu erzeugen. Aus verfahrensökonomischer Sicht ist es bevorzugt, im Wesentlichen regelmäßige Muster von Vertiefungen auf der Oberfläche herzustellen. Zweckmäßig wird dazu der Laserstrahl linienförmig über die Oberfläche geführt, um so Reihen hintereinander liegender Vertiefungen zu ergeben. Bevorzugt werden mit dem Laserstrahl mehrere Reihen von Vertiefungen im Wesentlichen parallel zueinander erzeugt. Es ist auch möglich, verschiedene Muster zu kombinieren, zum Beispiel kleine Raster im Außenbereich der Beschichtungs- bzw. Auflagefläche und gröbere Raster im Kernbereich oder umgekehrt.

Das Verfahren zur Erzeugung der Oberflächenstrukturierung lässt sich dadurch beschleunigen, dass der aus der Laserstrahlquelle austretende Laserstrahl in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt wird. Bei spielsweise kann der ursprünglich erzeugte Laserstrahl durch Anordnung von Strahlenteilern in zwei oder vier Teilstrahlen aufgeteilt werden, die gleichzeitig auf die Oberfläche der Dichtungslage fokussiert werden, um so zur gleichen Zeit zwei oder vier Vertiefungen in der Dichtungsoberfläche zu erzeugen. Grundsätzlich können beliebig viele Teilstrahlen gleichzeitig auf die Oberfläche der metallischen Dichtungslage fokussiert werden. In der Praxis ist die Anzahl der Teilstrahlen jedoch durch die Leistung des Grundstrahls beschränkt. Bei einer zu starken Aufsplittung des Grundstrahls ist die Leistung der Teilstrahlen zu gering, um noch durch Aufschmelzen der Oberfläche Vertiefungen in der Dichtungslage zu erzeugen.

Die Auswahl der Laserstrahlquelle, die erfindungsgemäß eingesetzt werden kann, ist grundsätzlich nicht besonders beschränkt. Es können alle solche Laserstrahlquellen eingesetzt werden, die eine hinreichende Leistung besitzen, um Vertiefungen geeigneter Größe und Tiefe im Material der Dichtungslage zu erzeugen. Bevorzugt wird in der Erfindung als Laserstrahlquelle ein gepulster Laser eingesetzt. Hier haben sich Festkörperlaser und insbesondere Nd-YAG-Laser als besonders geeignet erwiesen.

Die Führung und Lenkung des Laserstrahls über die Oberfläche der metallischen Dichtungslage kann ausschließlich mit Hilfe der Optik der Laservorrichtung erfolgen. Hierfür können beispielsweise Ablenkspiegel so eingestellt werden, dass der Laserstrahl nacheinander auf die einzelnen Positionen gelenkt wird, an denen Vertiefungen in der Dichtungsoberfläche erzeugt werden sollen. In diesem Fall werden die Vertiefungen eine mehr oder weniger ovale Form aufweisen, da der Laserstrahl in der Regel nicht senkrecht auf die Dichtungsoberfläche fallen wird. Die Außenkante ist dabei immer länger als die eines idealen Ovals. Neben diskreten Ovalen können sich auch linienförmige Abschnitte ausbilden. Ein Zusammenfließen mehrerer paralleler Abschnitte ist ebenfalls denkbar. Alternativ ist es möglich, die Strahlaustrittsöffnung der Laservorrichtung und die Dichtung relativ zueinander zu verschieben, um Vertiefungen an den gewünschten Positionen auf der Oberfläche der Dichtungslage anzubringen. Dabei ist es grundsätzlich möglich, das Werkstück selbst, die Strahlaustrittsöffnung oder beide zu verschieben. Bei Verschiebung der Strahlaustrittsöffnung können solche Laservorrichtungen von Vorteil eingesetzt werden, die einen beweglichen Bearbeitungskopf aufweisen. Solche Vorrichtungen sind beispielsweise in der DE 19900910 A1 sowie der DE 10113494 A1 beschrieben. Dort wird das Laserlicht aus der Laserstrahlquelle über einen flexiblen Lichtleiter in einen Bearbeitungskopf mit einer Auskopplungsoptik eingeleitet. In diesen Bearbeitungskopf kann, falls gewünscht, die Aufteilung des Laserstrahls in mehrere Teilstrahlen erfolgen. Der Bearbeitungskopf ist gut zu bewegen und kann beispielsweise über ein geeignetes Verfahrgestell an jede gewünschte Position oberhalb der zu bearbeitenden Dichtungsoberfläche gefahren werden. Diese Bewegung wird vorzugsweise computergesteuert ausgeführt. Die Laservorrich tung erlaubt eine kontinuierliche Vorbehandlung von Dichtungen innerhalb eines Folgeverbundwerkzeugs.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird die Erzeugung der Vertiefungen mittels Laserstrahlung mit einem bildgebenden Verfahren kontrolliert. Hierfür wird beispielsweise oberhalb der zu bearbeitenden Dichtungsoberfläche eine geeignete Kamera angeordnet, die entweder kontinuierlich oder in vorgegebenen Intervallen Bilder an eine geeignete Auswertungsvorrichtung sendet. In der einfachsten Variante kann diese Auswertungsvorrichtung in einem Bildschirm bestehen, der das Abbild der Dichtungsoberfläche wiedergibt, welches dann von Überwachungspersonal ausgewertet wird. In einer anderen Variante erfolgt die Auswertung des von der Kamera erfassten Bildes mittels eines in einem Computer implementierten Bildverarbeitungsprogrammes. Fehler bei der Erzeugung der Oberflächenstrukturierung auf der Dichtungsoberfläche können so automatisch festgestellt und gegebenenfalls während der Bearbeitung korrigiert werden. Alternativ kann die Laserbearbeitung bei einer Fehlermeldung unterbrochen werden.

Die Möglichkeit der optischen Verfahrenskontrolle stellt einen erheblichen Vorteil gegenüber der herkömmlichen Oberflächenbehandlungsverfahren vor der Beschichtung einer metallischen Dichtungslage dar. Bei den bisher üblichen Entfettungsverfahren mit Hilfe organischer Lösemittel in Reinigungsbädern war eine optische Kontrolle vollkommen ausgeschlossen. Zudem war es auch nicht möglich, die Oberfläche nur partiell zu behandeln. Dies ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Weiteres möglich. Zwar ist es, wie erwähnt, grundsätzlich denkbar, die gesamte Oberfläche der metallischen Dichtungslage mit der Oberflächenstrukturierung zu versehen und auf einer oder sogar beiden Oberflächen Punktraster aus Laser-erzeugten Vertiefungen herzustellen. Prinzipiell reicht es jedoch vollkommen aus und verkürzt das Laserbehandlungsverfahren erheblich, wenn lediglich in den Bereichen Vertiefungen erzeugt werden, in denen in dem nachfolgenden Verfahrensschritt eine Beschichtung bzw. ein Elastomerprofildichtelement auf die Dichtungslage aufgetragen werden soll.

In welcher Art die Vertiefungen in die Dichtungslage eingebracht werden, richtet sich maßgeblich nach der Art der zu behandelnden Oberfläche, der geplanten Verwendung der Dichtung sowie der Art und Ausdehnung der Beschichtung, die auf die Dichtungslage aufgebracht werden soll. Grundsätzlich ist die Tendenz zu beobachten, dass die Haftung der Beschichtung umso besser ist, je größer die Anzahl von Vertiefungen ist, die auf einer vorgegebenen Fläche erzeugt werden. Mit steigender Anzahl der Vertiefungen erhöht sich jedoch auch die Bearbeitungszeit. In der Regel werden Untergründe mit ausgezeichneter Haftung erhalten, wenn die Größe der einzelnen Vertiefungen in einem Bereich von 0,0001 bis 0,5 mm² liegt. Bevorzugt sind Vertiefungen einer Größe von 0,0005 bis 0,1 mm² und insbe sondere von 0,0008 bis 0,08 mm². Die Anzahl von Vertiefungen pro Quadratzentimeter Oberfläche der Dichtungslage bewegt sich im Bereich von etwa 500 bis 500000 und bevorzugt 4000 bis 300000. Bezogen auf die Oberfläche der Dichtungslage, die mit einer Oberflächenstrukturierung versehen ist, sind etwa 15 bis 90 %, bevorzugt 20 bis 60 % und insbesondere 25 bis 50 % mit Vertiefungen versehen.

Die Tiefe der Vertiefungen, gemessen von der unbehandelten Oberfläche der Dichtungslage bis zur tiefsten Stelle der Vertiefung, liegt in der Regel in einem Bereich von 0,1 bis 30 μm. Bevorzugt beträgt die Tiefe 0,3 bis 20 μm und insbesondere 0,5 bis 10 μm. Besonders bevorzugt sind Tiefen von 0,6 bis 3 μm. In einigen Fällen, besonders bei Verwendung geringerer Flächenleistung und hoher Fokussierung, bilden sich bei der Erzeugung der Vertiefungen an deren Umfangsrand über die unbehandelte Oberfläche vorstehende Kraterränder. Diese Kraterränder können eine Höhe, gemessen von der unbehandelten Oberfläche ab, von etwa 2 μm oder sogar darüber aufweisen. Die Höhe dieser Kraterränder ist bei der vorstehenden Angabe der Tiefe der Vertiefungen mitberücksichtigt, das heißt, falls Kraterränder um die Vertiefungen vorhanden sein sollten, ist die Tiefe der Vertiefung von dem Scheitelpunkt des Kraterrandes bis zur tiefsten Stelle der Vertiefung angegeben.

Bei höheren Flächenleistungen und größeren Durchmessern der Vertiefungen werden die Kraterränder üblicherweise nicht beobachtet. In einigen Fällen kann es daher sinnvoll sein, einen etwas leistungsstärkeren Laser zur Erzeugung der Vertiefungen einzusetzen, um die Bildung von Kraterrändern zu vermeiden. Dadurch können ein unerwünschtes Fretting (Eingraben in die Gegenfläche) und ein unerwünschtes Auftreten von Brüchen unterbunden werden. Bei leistungsstärkeren Lasern werden des öfteren im Laser-Behandlungsbereich Aufwerfungen der behandelten Oberfläche beobachtet, die bei weniger leistungsstarken Lasern nicht auftreten. Diese Aufwerfungen und damit einhergehende unregelmäßige Rauigkeiten des behandelten Bereiches stellen in der Regel jedoch keinerlei Nachteil dar.

Gezielte Modifikationen der Laser-behandelten Oberfläche lassen sich auch erzeugen, indem die Laserbestrahlung in einer geeignet gewählten Gasatmosphäre durchgeführt wird. Üblicherweise wird die Laserbehandlung in der Umgebungsatmosphäre (Luft) durchgeführt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Laserbestrahlung in einer gasgefüllten Kammer vorzunehmen, um eine gezielte chemische Veränderung der behandelten Oberfläche zu erreichen oder umgekehrt an Luft stattfindende Veränderungen zu unterbinden. Beispiele geeigneter Gase sind Inertgase wie Stickstoff oder Argon sowie reaktive Gase wie Wasserstoff.

Die mit der Oberflächenstrukturierung versehenen Bereiche der Dichtungslage stellen einen hervorragenden Untergrund zum Auftragen von Beschichtungen oder Elastomerprofildichtelementen dar. Dazu bedarf es weder einer Entfettungs- oder Aktivierungsbehandlung noch des Auftrags eines Pri mers als Haftungsgrund. Die erfindungsgemäße Oberflächenstrukturierung verbessert die Haftung zu praktisch allen Beschichtungen, die bisher zum Beschichten metallischer Dichtungslagen in einer metallischen Flachdichtung eingesetzt wurden. So wird insbesondere die Haftung von elastomeren Beschichtungen oder Elastomerprofildichtelementen erheblich verbessert. Beispielhaft für elastomere Beschichtungen können alle solchen genannt werden, die die Mikroabdichtung und/oder den Gleitreibwert verbessern. Lediglich beispielhaft für Elastomer-Beschichtungen seien solche aus Fluorpolymer wie beispielsweise FPM (Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer), Silicon-Kautschuk oder NBR-Kautschuk (Acryl-Butadien-Kautschuk), PUR (Polyurethan), NR (Naturkautschuk), FFKM (Perfluorkautschuk), SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk), BR (Butylkautschuk), FVSQ (Fluorsilicon), CSM (Chlorsulfoniertes Polyethylen) sowie Silicon- bzw. Epoxidharz genannt. Diese Beschichtungsmaterialien können in der bislang üblichen Weise auf die oberflächenstrukturierten Bereiche der Dichtungslage aufgetragen werden. Besonders geeignet hierfür ist der Siebdruck. Alternative Aufbringungsmethoden für die vorgenannten Beschichtungsmaterialien umfassen Lackgießen und Sprühen.

Elastomerprofildichtelemente werden üblicherweise mittels Press-, Transfer- oder Spritzgießen an- oder aufgespritzt. Hier kommen beispielsweise Fluorpolymer (z.B. FPM, PFA und MFA), NBR-Kautschuk (Acryl-Butadien-Kautschuk), EPDM (Ethylen-Propylen-Kautschuk), ACM (Polyacrylat) oder EAM (Ethylen-Acrylat) zum Einsatz. Zweckmäßig kann es dabei sein, die Beschichtung bzw. das Elastomerprofildichtelement nicht vollständig bis an den Rand der oberflächenstrukturierten Bereiche aufzutragen, um sicherzustellen, dass die Beschichtung in jedem Fall auf einen mit Vertiefungen ausgestatteten Oberflächenbereich der Dichtungslage aufgetragen wird. Es ist daher sinnvoll, die oberflächenstrukturierten Bereiche etwas breiter vorzusehen, als die Beschichtung bzw. das Elastomerprofildichtelement auf die Dichtungslage aufgetragen werden soll.

Die oberflächenstrukturierten Bereiche der erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung eignen sich außerdem hervorragend als Unterlage für Pulverbeschichtungen. Im Falle pulverbeschichteter metallischer Flachdichtungen ergab sich häufig das Problem einer nicht ausreichenden Haftung, da Primer als Haftungsvermittler üblicherweise nicht in Kombination mit Pulverbeschichtungen eingesetzt werden können. Das Problem besteht darin, dass die üblichen Primer sich bereits bei Temperaturen zersetzen, die geringer sind als die Einbrenntemperaturen, die für die Pulverbeschichtungen benötigt werden. Bei den erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtungen tritt dieses Problem nicht auf, da kein Primer benötigt wird. Als Beschichtungsmaterialien für die Pulverbeschichtung seien beispielhaft genannt: Polyesterharze, PEEK (Polyetheretherketon), PTFE (Polytetrafluorethylen), PFA und MFA (beides Fluorpolymere) sowie Silicon- bzw. Epoxidharze.

Die Dicke der Beschichtung richtet sich hauptsächlich nach der Art der Beschichtung selbst, dem verwendeten Untergrund sowie der geplanten Verwendung der Dichtung. Zweckmäßig sollte die Beschichtung so dick sein, dass sie auch die erhabenen Stellen der Oberflächenstrukturierung, zum Beispiel eventuelle Kraterränder, ausreichend überdeckt. Geeignete Beschichtungsdicken liegen im allgemeinen in einem Bereich von 2 μm bis 250 μm. Wird die Beschichtung mittels Siebdruck, Lackgießen oder Sprühen aufgebracht, so ergeben sich Beschichtungsdicken von bevorzugt 3 μm bis 50 μm und noch bevorzugter 5 bis 40 μm. Wird die Beschichtung mittels Pulverbeschichtung aufgebracht, beträgt die Beschichtungsdicke bevorzugt 70 μm bis 200 μm und besonders bevorzugt 100 bis 150 μm.

Die Dicke der Elastomerprofildichtelemente richtet sich hauptsächlich nach der geplanten Verwendung. Die Gesamtdicke der Dichtung mit ein- oder beidseitigen Elastomerprofildichtelementen liegt im Bereich von 0,4 bis 5 mm. Typische Raupenbreiten von Elastomerprofildichtelementen reichen von 2 bis 6 mm. Die Elastomerprofildichtelemente ragen, so sie an der Innenkante von Durchgangsöffnungen oder der Dichtungsaußenkante abdichten, zwischen 2 und 3 mm über die Innenkante der Durchgangsöffnung bzw. die Dichtungsaußenkante hinaus.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen beschreiben lediglich beispielhaft einige spezielle Ausgestaltungen der Erfindung, ohne dass die Erfindung jedoch auf diese beschränkt wäre. In den Zeichnungen zeigen schematisch:
1 eine Teildraufsicht auf eine erfindungsgemäße metallische Flachdichtung am Beispiel einer Zylinderkopfdichtung;
2 die in 1 gezeigte Zylinderkopfdichtung, nun mit einer Beschichtung versehen;
3a bis 3d Ausschnitte erfindungsgemäßer Oberflächenstrukturierungen in idealisierter Draufsicht;
4a und 4b Flussdiagramme zum Verfahrensablauf bei der Beschichtung metallischer Flachdichtungen nach dem Stand der Technik und im erfindungsgemäßen Verfahren;
5a einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung entlang der Linie A-A in 2;
5b eine vergrößerte Darstellung des eingekreisten Bereiches der 5a;
6a einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung entlang der Linie B-B in 2;
6b eine vergrößerte Darstellung des eingekreisten Bereiches der 6a;
7a einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen metallischen Flachdichtung entlang der Linie B-B in 2 und
7b eine vergrößerte Darstellung des eingekreisten Bereiches der 7a.
1 zeigt eine erfindungsgemäße metallische Flachdichtung 1 am Beispiel einer Zylinderkopfdichtung in Teilansicht. Dargestellt ist die Draufsicht auf eine äußere metallische Dichtungslage 2. Dies schließt jedoch nicht aus, dass die Dichtung zusätzlich weitere Dichtungslagen umfasst, die hier aber nicht dargestellt sind. Die Dichtung 1 weist mehrere Durchgangsöffnungen 3 auf, bei denen es sich bei den großen, mittig gelegenen Öffnungen um Brennraumöffnungen handelt. Hier ist lediglich eine Brennraumöffnung vollständig dargestellt und eine teilweise, während die komplette Dichtungslage 2 beispielsweise vier in Reihe angeordnete Brennraumöffnungen aufweist. Um die Brennraumöffnungen herum zum Rand 8 der Dichtungslage 2 hin sind weitere Durchgangsöffnungen 3 vorhanden, bei denen es sich um Öffnungen für Kühlflüssigkeit und Öl handelt. Zudem sind Schraubenöffnungen vorhanden, die hier nicht näher bezeichnet sind. Die Durchgangsöffnungen 3 sind von Dichtelementen 4 umgeben. Bei diesen Dichtelementen 4 handelt es sich um Sicken, die in die Dichtungslage 2 eingeformt sind. Die Sicken stehen in Richtung auf den Betrachter zu aus der Bildebene heraus. Bei den Brennraumöffnungen ist jede einzelne der Brennraumöffnungen für sich geschlossen von einer Sicke 4 umgeben. Die mit 4 bezeichneten Linien verdeutlichen hier den Verlauf der Scheitellinien der jeweiligen Sicken, die im Bereich zwischen benachbarten Brennraumöffnungen zu einer einzigen Sicke zusammenlaufen.
Im Bereich der die Brennraumöffnungen 3 umgebenden Sicken 4 sind Oberflächenstrukturierungen 6 vorhanden, die dem Verlauf der Sicken 4 folgen. Diese Oberflächenstrukturierungen 6 bedecken die Oberfläche der Sicken 4 vollständig, erstrecken sich also über die Sickenfüße, die Sickenflanken und den Scheitelbereich der Sicken. Die Oberflächenstrukturierungen 6 bestehen aus einer Vielzahl von Vertiefungen 7, die durch Bestrahlung der Oberfläche 5 der Dichtungslage 2 mittels Laserstrahlung in der Dichtungslage erzeugt wurden.
Die Vertiefungen sind in mehreren im Wesentlichen parallelen Reihen 9 zueinander angeordnet, was in 3a bis 3d schematisch wiedergegeben ist. Die Figuren zeigen jeweils Teilbereiche der Oberflächenstrukturierung 6. Die fortlaufenden Musterabschnitte ergeben die in 1 dargestellten Oberflächenstrukturierungs-Bänder. Alle in 3a bis 3d idealisiert dargestellten Punktraster wurden dadurch erzeugt, dass ein Laserstrahl linienförmig über die Oberfläche 5 der Dichtungslage 2 geführt wurde. Die Linienführung ist durch den Pfeil am linken oberen Rand des jeweiligen Musters gekenn zeichnet. Der Laserstrahl wird also in Pfeilrichtung über die Oberfläche 5 der Dichtungslage 2 geführt und schmilzt nacheinander die einzelnen Vertiefungen 7 in die Oberfläche 5 ein. Je nach Leistung und Fokussierung des Laserstrahls ergeben sich dabei mehr oder weniger große Vertiefungen, die je nach Leistungseintrag auch unterschiedlich tief ausgeführt werden können. Innerhalb eines jeweiligen Musters sind die einzelnen Vertiefungen 7 bevorzugt annähernd gleich groß und tief ausgebildet. Es ist jedoch ebenfalls denkbar, Größe und Tiefe der Vertiefungen 7 innerhalb eines Musters zu variieren. In allen gezeigten Fällen erfolgte die Einstrahlung des Laserlichts im Wesentlichen senkrecht von oben, so dass sich runde Vertiefungen ergeben.
Nach Erzeugung der ersten Reihe von Vertiefungen 7 werden nacheinander die benachbarten Reihen 9 von Vertiefungen 7 erzeugt. Hierfür kann der Laserstrahl in derselben Richtung geführt werden, wie bei der vorangegangenen Reihe. Beispielsweise kann eine Durchgangsöffnung 3 mehrfach spiralförmig umfahren werden, um mehrere benachbarte Reihen von Vertiefungen 7 zu ergeben. Alternativ ist es ebenfalls möglich, die Laufrichtung des Laserstrahls am Ende einer jeweiligen Reihe umzukehren und ihn in Gegenrichtung zurückzuführen. In beiden Fällen kann sich ein Versatz gegenüber den benachbarten Reihen 9 ergeben, wenn der Anfang der weiteren Reihen nicht auf der selben Höhe liegt wie derjenige der Nachbarreihen. Dies ist in 3c und 3d dargestellt. Mit Hilfe einer gezielten Laserstrahlführung können die durch den Laserprozess erzeugten Verzüge der Dichtungslage minimiert werden.
Wie in 1 ersichtlich, sind bandförmig ausgebildete Oberflächenstrukturierungen nicht nur um die Brennraumöffnungen 3 vorhanden, sondern ebenfalls um die im Randbereich befindlichen Durchgangsöffnungen für Öl und Kühlwasser. Hier sind häufig mehrere Durchgangsöffnungen von einem in sich geschlossenen Band von Vertiefungen 7 umgeben. Die Sicken, welche als Dichtelemente diese Durchgangsöffnungen ebenfalls umgeben, sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Sie liegen jedoch unterhalb der Oberflächenstrukturierungsbänder, wobei die Scheitelpunkte der Sicken in etwa in der Mitte eines jeden Bandes verlaufen. Zudem ist umlaufend am Dichtungsrand eine ebenfalls nicht dargestellte Sicke vorhanden, auf deren Oberfläche sich gleichfalls eine Oberflächenstrukturierung 6 in Form eines Bandes von benachbarten Vertiefungen 7 befindet.
2 zeigt die Dichtung gemäß 1, nachdem auf die mit einer Oberflächenstrukturierung 6 versehenen Bereiche der Dichtungslage 2 eine Beschichtung 10 aufgebracht wurde. Bei dieser Beschichtung 10 handelt es sich beispielsweise um einen synthetischen Kautschuk aus FPM, NBR oder Silicon, der die Mikroabdichtung und die Gleitreibeigenschaften der Dichtung verbessert. Die Beschichtung 10 wurde in einem Siebdruckverfahren aufgetragen. Es ist ersichtlich, dass die Bänder der Beschichtung 10 etwas schmaler sind als die Bänder der Oberflächenstrukturierung 6, welche unterhalb der Beschichtung 10 seitlich vorsteht. Der Grund hierfür besteht darin, dass sichergestellt werden soll, dass die Beschichtung 10 sich lediglich auf solchen Bereichen der Oberfläche 5 der Dichtungslage 2 befindet, in denen tatsächlich eine Oberflächenstrukturierung 6 vorhanden ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Beschichtung 10 exzellent auf der metallischen Dichtungslage 2 haftet und dadurch abriebfester und besser gegen Wegfließen geschützt ist als eine herkömmlich gemäß den in 4a dargestellten Verfahrensschritten aufgebrachte Beschichtung.
4b verdeutlicht nochmals schematisch die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber dem herkömmlichen Verfahren gemäß 4a. Im Unterschied zu dem Verfahren des Standes der Technik entfallen im erfindungsgemäßen Verfahren sämtliche chemischen Vorbehandlungsschritte, und es ist lediglich eine Vorbehandlung mittels Laserbestrahlung notwendig, um für sämtliche üblicherweise verwendeten Beschichtungen bzw. Elastomerprofildichtelemente einen hervorragenden Haftungsgrund zu schaffen. Im Unterschied zum Stand der Technik können auch Pulverbeschichtungen verwendet werden.
5a bis 7b zeigen Beispiele erfindungsgemäßer metallischer Flachdichtungen am Beispiel von Zylinderkopfdichtungen in Querschnittsdarstellungen um Durchgangsöffnungen, die Schrauben-, Öl- oder Kühlwasseröffnungen sein können. Diese Öffnungen befinden sich üblicherweise im Randbereich der Dichtung. Während die Brennraumöffnungen, wie in den vorangegangenen Beispielen, zum Beispiel mit Sicken 13 als Dichtelementen 4 abgedichtet sein können, werden die Öl- und Wasseröffnungen und gegebenenfalls auch die Schraubenöffnungen nun von Dichtelementen 4 abgedichtet, die aus einem elastomeren Material 11 bestehen.
Im Beispiel der 5a und 5b ist das elastomere Material 11 auf beiden Seiten der Dichtungslage 2 aufgetragen. Der Auftrag kann beispielsweise durch Spritzgießen erfolgen, um Elastomerraupen zu ergeben, die eine Öl- oder Kühlwasseröffnung 3 vollständig einschließen. Im gezeigten Fall werden zwei Fluidöffnungen 3 gemeinsam von einem elastomeren Dichtelement 4 abgedichtet, das in einem Abstand zu den Öffnungen verläuft. Im Bereich der Auflagefläche des elastomeren Materials 11 befindet sich zu beiden Seiten der Dichtungslage 2 eine bandförmige Oberflächenstrukturierung 6, die von einer Vielzahl benachbarter Vertiefungen 7 gebildet wird. Die Oberflächenstrukturierung verbessert die Haftung des elastomeren Materials auf der Dichtungslage deutlich gegenüber einer unbehandelten oder in herkömmlicher Weise vorbehandelten Unterlage.
6a und 6b zeigen eine andere Möglichkeit der Abdichtung von Fluidöffnungen 3 mittels Elastomerprofildichtelementen. Das Dichtelement 4 aus elastomerem Material 11 befindet sich hier im Bereich der Innenkante der Fluidöffnung 3. Das in 2 gezeigte, in einem Abstand zur Öffnung 3 verlaufende Dichtelement ist in diesem Fall zur Abdichtung der Öffnung nicht mehr erforderlich. Das elastomere Dichtelement 4 ist an die Innenkante 12 der Dichtplatte 2 angespritzt. Es besitzt eine größere Dicke als die Dichtplatte 2 und steht zu beiden Seiten über diese vor. Zur Verbesserung der Haftung des elastomeren Materials 11 an der Innenkante 12 ist deren Oberfläche mit einer Oberflächenstrukturierung aus Vertiefungen 7 versehen.
7a und 7b zeigen eine Abwandlung der in 6a und 6b dargestellten Dichtung. Hier ist das elastomere Material 11 des Dichtelements 4 von der Innenkante 12 der Dichtungslage 2 auf beide Seiten der Dichtungslage gezogen. Um eine im Wesentlichen bündigen Abschluss mit der Dichtungslage 2 zu erhalten, sind auf beiden Seiten von der Innenkante 12 ausgehende ringförmige Nuten 14 in der Dichtungslage 2 vorhanden, die mit dem elastomeren Material 11 gefüllt sind. Die Oberflächen der Nuten 14 sind mit einer Oberflächenstrukturierung aus Vertiefungen 7 versehen. Die stirnseitigen Flächen der Innenkante 12 und der Kanten der Nuten 14 weisen jeweils keine Vertiefungen 7 auf. Dies wäre zur weiteren Verbesserung der Haftung des elastomeren Material 11 an der Dichtungslage 2 möglich, erschwert aber den Herstellungsvorgang der Oberflächenstrukturierung, da die Einstrahlung des Laserlichtes aus einer anderen Richtung erfolgen müsste als bei der Bestrahlung der in der Darstellung waagerechten Flächen.

Claims

Metallische Flachdichtung (1) mit wenigstens einer metallischen Dichtungslage (2), in der sich wenigstens eine Durchgangsöffnung (3) befindet, die von einem Dichtelement (4) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer der Oberflächen (5) der Dichtungslage (2) zumindest im Bereich des Dichtelements (4) wenigstens abschnittweise eine Oberflächenstrukturierung (6) vorhanden ist, die aus einer Vielzahl zueinander benachbarter Vertiefungen (7) besteht, die durch Bestrahlung der Oberfläche (5) mittels Laserstrahlung erhältlich sind.
Metallische Flachdichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (4) aus einem elastomeren Material (11) besteht, welches zumindest teilweise im Bereich der Oberflächenstrukturierung (6) auf die Dichtungslage (2) aufgebracht ist.
Metallische Flachdichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material (11) im Bereich einer Kante (12) einer Durchgangsöffnung (3) aufgebracht ist.
Metallische Flachdichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastomere Material (11) aus Fluorpolymer, insbesondere FPM, PFA oder MFA, NBR-Kautschuk (Acryl-Butadien-Kautschuk), EPDM (Ethylen-Propylen-Kautschuk), ACM (Polyacrylat) oder EAM (Ethylen-Acrylat) besteht.
Metallische Flachdichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (4) eine in die Dichtungslage (2) eingeformte Sicke (13) ist.
Metallische Flachdichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierung (6) die Oberfläche der Sicke (13) auf wenigstens einer Seite der Dichtungslage (2) vollständig bedeckt.
Metallische Flachdichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (4) eine einzelne oder mehrere Durchgangsöffnungen (3) für Gas oder Flüssigkeit in sich geschlossen umgibt.
Metallische Flachdichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierung (6) zumindest abschnittweise im Bereich des Dichtungsrandes (8) vorhanden ist.
Metallische Flachdichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierung (6) bandförmig ausgebildet ist.
Metallische Flachdichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (7) in im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Reihen (9) angeordnet sind.
Metallische Flachdichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (7) im Wesentlichen rund oder oval sind.
Metallische Flachdichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (7) abschnittweise kettenförmig ineinander übergehend ausgebildet sind.
Metallische Flachdichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der einzelnen Vertiefungen (7) in einem Bereich von 0,0001 bis 0,5 mm², insbesondere 0,0005 bis 0,1 mm² und bevorzugt 0,0008 bis 0,08 mm², liegt.
Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass etwa 500 bis 500000, bevorzugt etwa 4000 bis 300000, Vertiefungen (7) pro Quadratzentimeter vorhanden sind.
Metallische Flachdichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 15 bis 90 %, bevorzugt 20 bis 60 % und insbesondere 25 bis 50 %, der mit einer Oberflächenstrukturierung (6) versehenen Oberfläche (5) von den Vertiefungen (7) eingenommen werden.
Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (7) eine Tiefe, gemessen von der unbehandelten Oberfläche (5) bis zur tiefsten Stelle der Vertiefung (7), im Bereich von 0,1 bis 30 μm, insbesondere 0,3 bis 20 μm, bevorzugt 0,5 bis 10 μm und besonders bevorzugt 0,6 bis 3 μm, aufweisen.
Metallische Flachdichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (7) zumindest teilweise von einem über die Oberfläche (5) vorstehenden Rand umgeben sind.
Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturierung (6) zumindest teilweise mit einer Beschichtung (10) versehen ist.
Metallische Flachdichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (10) aus einem Elastomer und insbesondere aus FPM (Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer), Silicon-Kautschuk, NBR-Kautschuk (Acryl-Butadien-Kautschuk), PUR (Polyurethan), NR (Naturkautschuk), FFKM (Perfluorkautschuk), SBR (Styrol-Butadien-Kautschuk), BR (Butylkautschuk), FVSQ (Fluorsilicon), CSM (Chlorsulfoniertes Polyethylen), Silicon- oder Epoxidharz besteht.
Metallische Flachdichtung gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (10) als Pulverbeschichtung aufgetragen und eingebrannt ist.
Metallische Flachdichtung gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (10) aus Polyesterharz, Polyetheretherketon, Fluorpolymer, Silicon- oder Epoxidharz besteht.
Metallische Flachdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der wenigstens einen Dichtungslage (2) aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl, besteht.
Verfahren zur Herstellung einer metallischen Flachdichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Laserstrahl aus einer Laserstrahlquelle wiederholt auf den Bereich der Oberfläche (5) der wenigstens einen metallischen Dichtungslage (2) fokussiert wird, um die zueinander benachbart angeordneten Vertiefungen (7) zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Laserstrahl Reihen (9) hintereinander liegender Vertiefungen (7) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Laserstrahl mehrere Reihen (9) von Vertiefungen (7) im Wesentlichen parallel zueinander erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (7) durch Aufschmelzen des Materials der Dichtungslage (2) erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl in mehrere Teilstrahlen aufgeteilt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass als Laserstrahlquelle ein gepulster Laser, bevorzugt ein Festkörperlaser und insbesondere ein Nd-YAG-Laser, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der Vertiefungen (7) mit einem bildgebenden Verfahren kontrolliert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbestrahlung in einer Atmosphäre aus Inertgas, bevorzugt Stickstoff oder Argon, oder reaktivem Gas durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die das Dichtelement (4) ein Dichtelement aus elastomerem Material (11) ist, das mittels Press-, Transfer- oder Spritzgießen an- oder aufgespritzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass auf den mit Vertiefungen (7) versehenen Oberflächenbereich der Dichtungslage (2) zumindest teilweise eine Beschichtung (10) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Beschichtung (10) als Pulver aufgetragen und eingebrannt wird.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Beschichtung (10) aus einem Elastomer, insbesondere einem natürlichen oder einem synthetischen Kautschuk, besteht und mittels Siebdruck, Lackgießen oder Sprühen aufgetragen wird.