DE19701790A1 - Weichstoff-Flachdichtungsmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen angegebenen Gegenstand.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein neues asbestfreies Weichstoff-Flachdich­ tungsmaterial, insbesondere für die Herstellung von hochbeanspruchbaren Flachdichtungen wie Zylinderkopfdichtungen und dergleichen für Verbrennungs­ kraftmaschinen, bestehend aus einem gegebenenfalls metallisch verstärkten Faservlies mit Fasern synthetischen oder natürlichen, organischen oder anorgani­ schen Ursprungs, einem Bindemittel, einer Füllung aus pulverigem bis feinkörni­ gem, nicht faserigem Material, welches im Faservlies fein verteilt ist sowie gegebenenfalls weiteren pulverförmigen und/oder feinfaserigen Füllstoffen wie Kaolin, Gips und dergleichen.

Die Erfindung betrifft weiterhin asbestfreie Weichstoff-Flachdichtungen, ins­ besondere Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen sowie ein Verfahren zur Herstellung des Weichstoff-Flachdichtungsmaterials als auch zur Herstellung der Weichstoff-Flachdichtung selbst.

Weichstoff-Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen bestehen in der Praxis meist aus gegebenenfalls metallisch verstärkten Faservliesplatten. Die Faservliese werden dabei bevorzugt nach Papierherstellungsverfahren aus Aufschlämmungen von Faserdispersionen hergestellt, die die Latexzusätze als Bindemittel enthalten. Während ursprünglich vor allem wegen der Temperaturbe­ ständigkeit Asbestfaservliese eingesetzt werden, bestehen die heutigen Faservlie­ se zur Vermeidung der gesundheitsgefährdenden Wirkung von Asbest meist schon aus anderen Fasern organischen und/oder anorganischen, natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs. So besteht beispielsweise das asbestfreie Faservlies der DE-PS 29 14 173 aus Gemischen von zur Blattbildung geeigneter pflanzlicher Faser mit Synthesefasern, und nach der DE-OS 27 30 588 sind Faservliese aus pflanzlichen Fasern und nicht bindenden, mineralischen, feinen und nicht faserigen Füllstoffen bekannt.

Zur Verbesserung vor allem der Festigkeits-, Abdichtungs- und Beständigkeits­ werte ist es darüberhinaus bekannt, die Faservliese der Zylinderkopfdichtungen zu imprägnieren. Beispielsweise werden Halbfabrikate wie Zylinderkopfdich­ tungspapiere mit 5 bis 10% Latex versetzt und als sogenannte Weichstoff­ auflage auf ein Rauhblech beidseitig aufgewalzt. Die Verdichtung wird dabei so gewählt, daß ein gezielt berechnetes Restporenvolumen eingestellt wird. Die fertig eingefaßten Zylinderkopfdichtungen können nun bevorzugt durch Tauchen mit vernetzbaren Flüssigkeiten imprägniert werden. Das Restporenvolumen wird durch diesen Tauchprozeß zu ca. 50 bis 80% gefüllt. Die Tränkmittelaufnahme wird durch die Tauchzeit und den Verdichtungsgrad bestimmt. Das Tränkmittel ist in der Regel ein kondensations- oder additionsvernetzendes Silikonharz. Durch den Tränkprozeß und anschließende Temperung erfolgt eine mehr oder weniger starke Quellung der verdichteten Auflage. Der Verdichtungsgrad, Tränkaufnahme und Dickentoleranz der Dichtung ist je nach Motortyp und Auslegung vom Zylinderkopfdichtungshersteller vorgegeben und ist ein wichtiges Kriterium. Prozeßbedingte Schwankungen sowohl bei der Papierherstellung als auch bei der Weiterverarbeitung beeinflussen die Tränkparameter wesentlich und führen zu Funktionsschwankungen.

Weiterhin ist nachteilig, daß beim Tauchimprägnieren die Imprägniermittel unter Umständen nur unvollständig in den Weichstoff eindringen, und es entstehen Oberflächenbereiche mit höheren Imprägniermittelanteilen und Kernbereiche mit geringeren Imprägniermittelanteilen, so daß die Imprägniermittelverteilung über den Querschnitt gesehen, ungleichmäßig ist. Darüberhinaus erfordert das Tauchimprägnieren der fertig eingefaßten Zylinderkopfdichtung weitere Ver­ fahrensschritte, die die Herstellungskosten der Dichtung insgesamt verteuern.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Weichstoff-Flachdichtungsmaterial bzw. eine Weichstoff-Flachdichtung, insbesondere eine Zylinderkopfdichtung bereitzu­ stellen, wobei das Imprägniermittel im Faservlies möglichst gleichmäßig verteilt ist und nach einem einfachen Verfahren möglichst ohne besondere Verfahrens­ schritte herstellbar ist. Weiterhin soll es möglich werden, zielgerichtet die Soll­ dicke des Zylinderkopfdichtungspapieres einzustellen.

Diese Aufgabe wird durch das Weichstoff-Flachdichtungsmaterial gemäß An­ spruch 1 sowie durch die Weichstoff-Flachdichtung gemäß Anspruch 12 und das Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung enthalten.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß man erfindungsgemäß ein Weich­ stoff-Flachdichtungsmaterial aus einem metallisch verstärkten Faservlies mit Fasern, einem Bindemittel und einer Silikonharzfüllung herstellen kann, die die oben genannten Ziele erfüllt. Wesentlich ist dabei, daß schon mit geringen Zusatzmengen des Silikonpulvers in die Papiermasse ein Zylinderkopfdichtungs­ papier geschaffen werden kann, worin das Imprägniermittel gleichmäßig verteilt wird. Auf diese Weise entfällt der bislang vorgenommene Tauchprozeß des Faservlieses mit einem Tränkmittel. Insgesamt hat sich nun erfindungsgemäß ergeben, daß durch direktes Einarbeiten des Silikonharzes als Pulver in die Papiermasse die Imprägniermittelmengen deutlich reduziert werden konnten.

Erfindungsgemäß wird daher ein Weichstoff-Flachdichtungsmaterial, insbesonde­ re zur Herstellung von hochbeanspruchbaren Flachdichtungen, wie Zylinderkopf­ dichtungen und dergleichen für Verbrennungskraftmaschinen mit einem asbest­ freien, gegebenenfalls metallisch verstärkten Fasermaterial mit Fasern, einem Bindemittel und einer Füllung aus pulverigem bis feinkörnigem nichtfaserigem Material, welches im Faservlies fein verteilt ist, bereitgestellt. Das Faservlies enthält in seiner Rezeptur bereits 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 3 Gew.-% Silikonharz. Insbesondere wird erfindungsgemäß ein Methylsilikonharz (82% SiO₂ nach vollständiger Oxidation; DSC-Methode) eingesetzt. Es ist auch möglich, dem Silikonharz eine Härterpaste wie z. B. Wacker Härtepaste K 100 zuzugeben, um eine schnellere Vernetzung des Silikonharzes zu erreichen. Die übliche Rezeptur des Weichstoff-Flachdichtungsmaterials, das üblicherweise einen Faseranteil von 3 bis 50 Gew.-%, 30 bis 90 Gew.-% Füllstoffe wie Kaolin, Schwerspat, Talkum, Titandioxid, Siliciumdioxid, Kalziumsilikat, amorphe Kiesel­ säure, Diatomeenerde etc. enthalten kann, und 5 bis 15 Gew.-% organische Bindemittel enthält, kann beibehalten werden.

Das Faservlies für die Herstellung der Weichstoff-Flachdichtungen wird aus wässerigen und homogenen Aufschlämmungen mit Fasermaterial, Latexbinde­ mittel und pulverförmigem bis blättchenförmigem Füllstoff nach einem Papierher­ stellungsverfahren in üblicher Weise gefertigt. Um eine gute Verteilung des Silikonpulvers zu erhalten, kann auch der Ansatz in einer Kugelmühle dispergiert werden.

Das Faservlies wird auf der Papier- oder Pappeherstellungsmaschine mit einem Porenvolumen von mindestens 50 Vol.-% eingestellt. Danach wird das Faservlies auf einen gegebenenfalls als Rauhblechplatte ausgebildeten Metallträger ein- oder beidseitig aufgewalzt. Alternative Fertigungsmethoden sind das Aufkleben bzw. das Einschließen des Werkstoffes zwischen zwei Metallagen. Durch die Vereinigung mit der Trägerplatte wird das Porenvolumen des Faservlieses auf 15 bis 30 Vol.-% verdichtet. Aus dem Weichstoff-Flachdichtungsmaterial können die Konturen der Flachdichtung ausgestanzt werden. Die fertig gestanzten und gegebenenfalls mit Einfassungen an den Durchgangsöffnungen versehenen Flachdichtungen können dann anschließend auf einen elastischen Endzustand, bevorzugt thermisch vernetzt werden.

Durch die Erfindung ist eine Dichtungsplatte entstanden, deren Füllstoff wie eine Imprägnierung wirkt, die vor allem die Festigkeitswerte, die Beständigkeits- und die Abdichtwerte der Dichtung verbessert. Durch Einbringung des pulverförmi­ gen Silikats in das Faservlies schon bei dessen Herstellung in der wässerigen Aufschlämmung ist das Silikat optimal gleichmäßig in der Faservliesplatte ver­ teilt, so daß die Dichtungen unbedenklich auch in schwierigen Anwendungsfällen eingesetzt werden können. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren der Dichtungen erfordert keine zusätzlichen Verfahrensschritte, so daß die Dichtun­ gen kostengünstiger als die bisherigen, konventionell imprägnierten Dichtungen hergestellt werden können.

In einer Testmethode wurde die Sperrwirkung der Imprägnierung geprüft:
Ein Streifen 279,4 × 25,4 mm wurde 38 mm in ein Wasser/Kühlmittelgemisch getaucht. Nach 24 Std. wurde die Steighöhe gemessen.
Wert ohne Sperrmittel: 25-30 mm
Wert mit 1% Sperrmittel (Silikonharz, Wacker
Silikon-Festharz MK Pulver, Fa. Wacker/Burghausen): max. 1 mm.

Beispiel

In einem Ausführungsbeispiel wurde ein asbestfreies Faservliesplattenmaterial nach einem Papierherstellungsverfahren mit 3 Gew.-% Aramidfasern, 24 Gew.­ % Mineralfasern, 2 Gew.-% Zellulose, 30 Gew.-% Talkum, 30 Gew.-% amor­ pher Kieselsäure, 8 Gew.-% Latex, 2 Gew.-% MK-Silikonharz und 1 Gew.-% weiterer Hilfsmittel hergestellt. Danach wird das Material für ca. 10 Min. bei 120°C getrocknet und auf eine Dicke von ca. 1 mm und 50% Porenvolumen gewalzt.

Aus diesen Faservliesplatten wurden Zylinderkopfdichtungen wie üblich herge­ stellt und das Funktionsverhalten dieser Dichtungen wurde getestet. Die Dich­ tungen zeigen ein gutes Verformungsverhalten, eine hervorragende Beständigkeit gegenüber den abzudichtenden Medien, eine Temperaturbeständigkeit von über 250°C, geringe Klebeneigung und ein gutes Alterungsverhalten. Sie entsprachen somit in ihren Werten den asbesthaltigen Zylinderkopfdichtungen mit einer konventionellen Imprägnierung.

Claims (10)

1. Weichstoff-Flachdichtungsmaterial, insbesondere für die Herstellung von Flachdichtungen, aus einem gegebenenfalls metallisch verstärkten Fa­ servlies mit Fasern, einem Bindemittel und einer Füllung aus pulverigem bis feinkörnigem, nicht faserigem Material, welches im Faservlies fein verteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige bis feinkörnige Füllung ein Silikonharz umfaßt.

2. Weichstoff-Flachdichtungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Faservlies 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 3 Gew.-%, Silikonharz enthält.

3. Weichstoff-Flachdichtungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikonharz ein Methylsilikonharz ist.

4. Weichstoff-Flachdichtungsmaterial nach einem der vorhergehenden An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies 3 bis 50 Gew.-% Faseranteil, 30 bis 90 Gew.-% faserartige und/oder pulverförmi­ ge Füllstoffe, 5 bis 15 Gew.-% organische Bindemittel und 0,3 bis 10 Gew.-% Silikonharz enthält.

5. Verfahren zur Herstellung des Weichstoff-Flachdichtungsmaterials nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Faservliese aus wässerigen und homogenen Aufschlämmungen mit Fasermaterial, Latexbindemittel, der Füllstoffanteile und dem Silikonharz nach einem Papierherstellungsverfahren gefertigt werden.

6. Verfahren zur Herstellung des Weichstoff-Flachdichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen gegebenenfalls als Rauhblechplatte ausgebildeten Metallträger ein- oder beidseitig Faservliese aufgewalzt werden oder auf Glattblech aufgeklebt werden.

7. Verfahren zur Herstellung einer Flachdichtung, insbesondere einer Zylin­ derkopfdichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Faservliesen und dem Metallträger die Konturen der Flachdichtung separat herausgestanzt und Faservlies und Metallträger zu einer Flachdichtung vereinigt werden.

8. Verfahren zur Herstellung eines Weichstoff-Flachdichtungsmaterials nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fa­ servliese bei der Vereinigung mit der Trägerplatte auf ein Porenvolumen von 15 bis 30 Vol.-% verdichtet werden.

9. Verfahren zur Herstellung einer Flachdichtung nach einem der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachdichtung mit einem bereits vorverdichteten Porenvolumen von 15 bis 30 Vol.-% auf der Trägerplatte verklebt wird.

10. Weichstoff-Flachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung für Ver­ brennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Weichstoff-Flachdichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4 besteht und nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9 herstellbar ist.