DE8224487U1

DE8224487U1 - Weichstoffflachdichtungsmaterial, insbesondere hoch beanspruchbare Flachdichtung

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Publication number: DE8224487U1
Application number: DE8224487U
Authority: DE
Original assignee: Goetze GmbH; Frenzelit Werke GmbH
Current assignee: Goetze GmbH; Frenzelit Werke GmbH
Priority date: 1982-08-30
Publication date: 1984-07-19

Description

Weichstoffflachdichtung, insbesondere für eine hoch beanspruchbare Flachdichtung«

Die Neuerung betrifft eine Weichstoffflachdichtung, insbesondere hoch beanspruchbare Flachdichtung, wie Zylinderkopfdichtung, Auspuffflanschdichtung und ähnliche, für Verbrennungekraftmaschinen, bestehend aus einem asbestfreien und gegebenenfalls metallisch verstärkten Faservlies mit Fasern synthetischen oder natürlichen, organischen oder anorganischen Ursprunges und gegebenenfalls einer Impregnation des Faservlieses aus im Endzustand plastisch oder elastisch vernetzten, synthetischen, organischen Substanzen.

Herkömmliche Weichstoffzylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen bestehen in der Praxis meist aus gegebenenfalls metallisch verstärkten Asbestfaservliesen. Diese können beispielsweise nach der DE-AS 23 04 558 mit einer im Endzustand plastisch oder elastisch vernetzten Substanz imprägniert sein.

Asbestfasern sind in Bezug auf ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften für die Herstellung von Faservliesdichtungsplatten für Zylinderkopfdichtungen der ideale Werkstoff. Asbestfasern sind bekanntlich temperaturbeständig sowie ausreichend «eich und elastisch verformbar, und sie lassen sich in papierherstellungsähnlichen Prozessen zu Faservliesstoffen mit für Zylinderkopfdichtungen geeigneter Verformbarkeit, Festigkeit, Porosi-

tat und Beständigkeit verarbeiten. Andererseits sind Asbestfasern und Asbeststa'ube bekanntlich stark gesundheitsgefährdend, so daß erwartungsgemäß in der Zukunft die Verwendung von Asbest stark eingeschränkt und für die Herstellung bestimmter Produkte sogar gänzlich verboten werden wird.

Man hat daher schon versucht, Weichstoffdichtuügeplatten aus Faservliesen auf der Basis von anorganischen oder organischen Natur- oder Synthesefasern herzustellen. Da die bisher bekannten Fasern alleine nicht alle idealen physikalischen Eigenschaften von Asbest zugleich besitzen, hat man beispielsweise nach der DE-PS 29 14 173 für die Herstellung von Faservliesstoffan für Zylinderkopfdichtungen versucht, Gemische zweier verschiedener Faserarten, nämlich organische Naturfasern einerseits und organische oder anorganische Synthesefasern andererseits, miteinander zu kombinieren. Nach beispielsweise der DE-OS 27 30 588 bestehen die Faservliesbahcen für insbesondere die Herstellung von Bodenbelägen, Dichtungsplatten oder Wandauskleidungen aus 40 bis 60 % pflanzlicher Faser, 10 bis 30 % Latexbindemittel und 10 bis 50 % feinkörnigen mineralischen Füllstoffen.

Die aus diesen Materialkombinationen hergestellten Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen waren jedoch noch nicht voll befriedigend, und derartigen Dichtungen waren die bisher verwendeten Zylinderkopfdichtungen mit Asbestfaservliesen in Bezug auf die geforderten, ganz spezifischen technologischen Eigenschaften noch

überlegen. So zeigte vor allem das Plattenmaterial der DE-OS 27 30 588 nicht die für Zylinderkopfdichtungen geforderte hohe Festigkeit und Temperaturbeständigkeit, und sowohl das Plattenmaterial der DE-OS 27 30 588 als auch der DE-PS 29 14 173 ließ sich nicht ausreichend auf die geforderte Sicke beziehungsweise Porosität verdichten, so daß vor allem auch das Material anschließend nicht aehr ausreichend imprägniert werden konnte.

Der vorliegenden Neuerung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine asbestfreie Weichstoffflachdichtung tu schaffen, welche sich insbesondere als hoch beanspruchbare Flachdichtung, wie Zylinderkopfdichtung, Auspuffflanschdichtung und ähnliche, für Verbrennungskraftmaschinen verwenden läßt. Die Flachdichtungen sollen etwa die gleichen technologischen Eigenschaften wie die bisherigen, auf der Basis von Asbestfasern hergestellten Dichtungen besitzen. Insbesondere sollen die Flachdichtungen sich mit dem gewünschten Porenfüllungsgrad mit im Endzustand plastisch oder elastisch vernetzten Substanzen impägnieren lassen.

NeuerungF&emäß wird diese Aufgabe durch eine Weichstoffflachdichtung gelöst, deren Faservlies aus untereinander vermischten, mindestens drei verschiedenen Faserarten, nämlich

a) organischen, gegebenenfalls durch chemische oder physikalische Verfahren aufbereiteten Naturfasern,

b) organischen Synthesefasern und

c) gegebenenfalls durch ein chemisches oder physikalisches Verfahren aufbereiteten Mineralfasern

sowie pulverförmigen bis feinfaserigt α Füllstoffen sowie mindestens einem organischen Bindemittel besteht. Als vierte Faserart kann das Faservlies zusätzlich vor allem Metallfasern enthalten.

Bevorzugt enthält das Faservlies der Flachdichtungsplatte dann 15 bis 60 Gewichtsprozent Faseranteil, 30 bis 70 Gewichtsprozent pulverförmige und/oder feinfaserige Füllstoffe und 3 bis 15 Gewichtsprozent organische Bindemittel.

Der Faseranteil des Faservlieses ist zusammengesetzt aus 5 bis 40 Gewichtsprozent organischer Synthesefaser, 5 bis 25 Gewichtsprozent organischer, gegebenenfalls chemisch oder physikalisch aufbereiteter Naturfaser und 35 bis 90 Gewichtsprozent Mineralfaser und/oder Metallfaser. Der Volumenanteil der Fasern im Faservlies soll vorzugsweise, und zwar vor der gegebenenfalls erforderlichen Vereinigung mit den metallischen Trägerplatten und vor der erforderlichen Endverdichtung, mindestens 30 Volumenprozent betragen.

Im Faservlies sollen mindestens 10 TL der Fasern geeignet sein, in einem Papier- oder Pappherstellungsverfahren, und zwar dann, wenn sie alleine eingesetzt werden, eine papierblattähnliche Struktur zu bilden. Derartige Fasern

sind bevorzugt gegebenenfalls chemisch und/oder physikalisch aufbereitete pflanzliche Fasern und/oder gegebenenfalls durch Fibrillierung aufbereitete organische Synthesefasern.
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Als organische Synthesefasern werden bevorzugt, temperaturbeständige Polyamid-, Polyaramid- und/oder Polyacrylnitrilfasern und gegebenenfalls auch Kohlenstoffasern verwendet. Die Mineralfasern sind vor allem Steinwollfasern, Glaswollfasern, Schlackenwollfasern und/oder Aluminiumsilikatfasern, deren Oberflächen gegebenenfalls durch chemische Verfahren, wie bevorzugt Silanierun£_t besonders haftfähig gemacht sind. Die pulverförmigen Füllstoffe sied bev yrzugt anorganischen Ursprunges und bestehen aus Kaolin, Porzellanerde, Silziumdioxid, Calziumsilikat, gemahlener Schlacke, Diatomeenerde und/oder auch Metallpulver. Die feinfaserigen Füllstoffe sind bevorzugt gemahlene Mineralfasern mit Längen unter 0,4 mm. Die verwendeten organischen Naturfasern können tierischen oder pflanzlichen Ursprunges sein, und verwendet wird insbesondere Baumwolle, Cellulose oder aber auch tierische Wolle. Die chemische Aufbereitung erfolgt bevorzugt bei den pflanzlichen Fasern durch insbesondere Sulfurierungs-Prozesse, und die physikalische Aufbereitung erfolgt vorzugsweise durch Mahlprozesse, die eine Fibrillierung der Fasern hervorrufen. Die Faserlängen der organischen Naturfasern und der organischen Synthesefasern liegen bevorzugt zwisehen 0,5 und 6 mm, während die Längen der mineralischen und der Metallfasern bevorzugt zwischen 0,5 und U mm lie-

30 gen.

Zur Herstellung der neuerungsgemäßen Weichstoffflachdichtung werden bevorzugt wässrige Aufschlämmungen der Faser-, Füllstoff- und Bindemittelgemische auf Papier- oder Pappherstellungemaschinen eingesetzt, und zwar so, daß das Porenvolumen des getrockneten Faservlieses mindestens 10 Volumenprozent beträgt. Diese Faservliese werden dann ein- oder beidseitig auf den gegebenenfalls als R&ahblech ausgebildeten Trägerkörper aufgewalzt.

Im Sinne der Neuerung können natürlich auch aus den Faservliesen und den Trägsrkörpera zunächst separat die Konturen der Flachdichtungen herausgestanzt werden, und das Vereinigen erfolgt als nächster Verfahrensschritt. Das erzielte Porenvolumen des Faservlieses soll nach dem Aufwalzen zwischen 10 und 60 Volumenprozent betragen. Die fertig gestanzten und gegebenenfalls mit Einfassungen an den Durchgangsöffnungen versehenen Flachdichtungen können dann mit bevorzugt vernetzbaren organischen synthetischen Mitteln imprägniert werden, und das Imprägniermittel wird dann anschließend auf einen plastischen oder elastischen Endzustand bevorzugt thermisch vernetzt.

Die Flachdichtungen können aber auch im Sinne der Neuerung hergestellt werden, indem man die Mischungen aus Fasam, Füllstoffen und Bindemittel gegebenenfalls unter Zugabe von 10 bis 50 % vernclr.barer Flüssigkeit zu streichfähigen oder spritzfähigen Massen verarbeitet uid mit Walzen oder Spritzmaschinen zu den fertigen Flachdichtungen mit den Trägerkörpern vereinigt.

Die auf dies« Weise hergestellten Flachdichtungen wurden durch Messung ihres Funktion«verhaltene insbesondere in Bezug auf ihre Eignung zur Verwendung als Zylinderkopfdichtung untersucht. Zusätzlich wurden die so hergestellt ten Zylinderkopfdichtungen in Motoren getestet. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigten, daß die neuerungsgemäße Weichstoffflachdichtung, sowohl imprägniert als auch nicht imprägniert, den bisher verwendeten, mit Asbestfaeervliesen hergestellten Flachdichtungen ebenbürtig ist.

Durch die Neuerung ist somit eine asbestfreie Weichstoffdichtung geschaffen, welche sich vor alles als Zylinderkopfdichtung und als ähnlich belastete Dichtung wie bei= spielsweise eine Auspuffflanechdichtung eignet.

Dabei ist es wesentlich, mindestens drei verschiedene Faserarten mit unterschiedlichsten physikalischen und thermischen Eigenschaften für das Faservlies zu verwenden.

Die verwendeten organischen Naturfasern sind dabei offensichtlich vor allem verantwortlich für die Bildung eines festen papierähnlichen Faservlieses, die verwendeten organischen Synthesefasern verleihen dem Faservlies offensichtlich die geforderte elastische Verformbarkeit, und durch die Verwendung von Metall- und/oder Mineralfasern in Verbindung mit den Füllstoffen wird die geforderte hohe Temperaturbeständigkeit erreicht, so daß sich die physikalischen und thermischen Eigenschaften in Kombination zu denen der bisher eingesetzten Asbestfasern addieren.

Die mineralischen Füllstoffe bewirken dabei gleichzeitig die gute Verformbarkeit der Platten zu einer gewünschten Dichte und Porosität, so daß die Platten sich mit dem erforderlichen Porenfüllungsgrad imprägnieren lassen. 5

Wesentlich ist gleichzeitig die Herstellung des Weichstoffes aus den angegebenen definierten Faser-, Füllstoff- und Bindemittelmengen* Durch die gemäß der Neuerung eingesetzten Mengenverhältnisse, Volumenverhältnisse und Faserlängen ist es gelungen, dem Faservlies eine papierblattähnliche Struktur zu geben und das Faservlies vor allem gleichzeitig ausreichend fest, temperaturbeständig und elastisch beziehungsweise kompressibel zu gestalten.

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Wesentlich ist dabei der Einsatz der Füllstoffe. Es wurde gefunden, daß nur bei Verwendung der Füllstoffe im neuerungsgemäßen Verhältnis Füllstoff zu Faseranteil sich der Weichstoff optimal mit geringen Kräften durch Aufwalzen oder Aufpressen zu einem gewünschten Porenvolumen oder Porendurchmesser verdichten läßt. Gegenüber den bekannten Weichstoffmaterialien aus asbestfreien Faservliesen sind die Verdichtungskräfte wesentlich geringer, und ein zu starkes Aufquellen des Materials nach dem Verdichten wird

25 so verhindert.

Anhand von drei Ausführungsbeispielen werden die bevorzugt verwendeten Zusammensetzungen der neuerungsgemäßen Flachdichtungen dargestellt.

Beispiel 1. Ausgegangen wird von einem Gemisch aus

15 X Folyaramid mit durchschnittlicher Faserlänge von

2 mm
10 % Sulfatzellstoff mit durchschnittlicher Faserlänge von 3 mm

35 % Steinwolle mit durchschnittlicher Faserlänge von 2 mm

35 % Siliziumkarbid als Füllstoff 5 % NBR - Latex als Bindemittel

Aus der Aufschlämmung werden Faservliesplatten mit einem Flächengewicht von 1.000 g/m¹ hergestellt und unter Kombination mit einem Rauhblech zu Weichetoffichtungsplatten vereinigt. Die anschließende Impregnation eines Teiles der Dichtungsplatte erfolgt entsprechend den Vorschriften der DE-AS 23 04 558.
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An den fertiggestellten Dichtungsplatten werden Wasserdichtigkeit und Kompressibilität gemessen. Sowohl bei imprägnierten als auch bei nicht imprägnierten Dichtungsplatten sind die Werte für die Herstellung von Zylinderkopfdichtungen geeignet.

Beispiel 2. Ausgegangen wird von einem Gemisch aus

10	X	Polyaramid	( Faserlänge 2 mm )
5	X	Polyacrylnitril	( Faserlänge 2 mn )
8	X	Baumwolle	( Faserlänge 3 mm )
7	X	Sulfatzellstoff	( Faserlänge 3 mm )
20	X	Steinwolle	( Faserlänge 2 mm )
20	X	Siliziumdioxid	( max. Korngröße 0,1 mm )
23	X	Porzellanerde	( max. KOrngröße 0,1 mm )
7	X	NBR - Latex	als Bindemittel

Die Herstellung der Dichtungsplatten erfolgt wie im Bei~ spiel 1. Die gemessenen technologischen Werte zeigen die Eignung des Materials für die Herstellung von Zylinderkopfdichtungen.

15 Beispiel 3.

Ausgegangen wird von einem Gemisch aus

20 X PoIyaramid

10 X Baumwolle

20 X Steinwolle

25 X Glimmer

15 X Schwerspat

10 % NBR - Lataex

( Faserlänge 2 mm ) ( Faserlänge 3 mm ) ( Faserlänge 2 mm ) ( max. Korngröße 0,1 mm ) ( max. Gorngröße 0,1 mm ) als Bindemittel

Die entsprechend Beispiel 1 hergestellten Dichtungsplatten zeigen für die Herstellung von Zylinderkopfdichtungen geeignete Werte.

Figurenbeschreibung:

Die Abbildung zeigt den Ausschnitt einer Zylinderkopfdichtung 1 im Querschnitt mit der metallischen Einfassung 2 einer Brennraumöffnung 3 und einer metallischen Verstärkung 4 aus einer; Rauhzackenblech. Das Faservlies 5 besteht aus drei untereinander vermischten Faserarten, nämlich Cellulosefasern 6, Polyamidfasern 7 und Steinwollfasern 8 sowie dazwischen gelagertem pulverförmigem Glimmerfüllstoff 9. Die Zylinderkopfdichtung 1 ist zusätzlich, wie durch die Schraffur angedeutet, imprägniert.

Claims

1. Weichstoffflachdichtung, insbesondere hoch beanspruchbare Flachdichtung, wie Zylinderkopfdichtung, Auspuffflanschdichtung und ähnliche, für Verbren— nungskraftmaschinen, mit einem asbestfreien und gegebenenfalls metallisch verstärkten Fasermaterial mit Fasern anorganischen oder organischen, synthetischen oder natürlichen Ursprunges und organischen Bindemitteln, dadurch gekennzeichnet, daß das Weichstoffflachdichtungsmaterial der Flachdichtung aus einem Faservlies mit untereinander vermischten, mindestens drei verschiedenen Faserarten, nämlich

a) organischen, gegebenenfalls chemisch oder physikalisch aufbereiteten Naturfasern,

b) organischen Synthesefasern und

c) gegebenenfalls thermisch oder physikalisch aufgereiteten Mineralfasern

sowie pulverförmigen bis feinfaserigen Füllstoffen und mindestens einem organischen Bindemittel besteht.

2. Weichstoffflachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies zusätzlich als vierte Faserart Metallfasern enthält.

3. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das

Faservlies der Flachdichtungsplatte 15 bis 60 Z Faseranteil, 30 bis 70 % feinfaserige und/oder pulverförmige Füllstoffe und 3 bis 15 Z organische Bindemittel enthält.
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4. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 b.rs 3, dadurch gekennzeichnet, dab <?er Faseranteil 5 bis 40 % organische Synthesefaser, 5 bis 25 Z organische, gegebenenfalls chemisch oder physikalisch aufbereitete Naturfaser und 35 bis 90 Z Mineralfaser und/oder Metallfaser enthält.

5. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der

Volumenanteil der Fasern im Faservlies vor der

gegebenenfalls erforderlichen Vereinigung mit der metallischen Verstärkung mindestens 30 Z beträgt.

6. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 10 Z der Fasern in einem Papier- oder Pappherstellungsverfahren zur Blattbildung geeignete Fasern sind.

7. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Blattbilduiig geeigneten Fasein aus gegebenenfalls chemisch und/oder physikalisch aufbereiteter Naturfaser und/oder durch Fibrillierung aufbereiteter organischer Synthesefaser bestehen.

8. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Synthesefasern Polyamid-, Polyaramid-, Polyacrylnitril- und/oder Kohlenstoffasern sind.

9. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralfasern Steinwollfasern, Glaswollfasern, Schlackenwollfasern und/oder Aluminiumeilikat-

10 fasern sind.

10. Ueichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daö die pulverförmigen und/oder feinfaserigen Füllstoffe Kaolin, Porzellanerde, Schwerspat, Talkum, Gips, Kreide, Titandioxid, Siliziumdioxid, Calziumsilikat, Metallpulver, gemahlene Schlacke, Diatomeenerde und/oder gemahlene Mineralfasern des Anspruches 9 sind.

11. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Naturfasern aus gegebenenfalls chemisch und/oder physikalisch tierischer, aufberaeiteter Zeil- oder Baumwolle und/oder tierischer Wolle bebestehen.

12. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserlänge der organischen Naturfaser und der orga-

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nischen Synthesefaser zwischen 0,5 und 6 mm liegt.

13. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserlänge der mineralischen Fasern und der Metallfasern zwischen 0,5 und 4 ms liegt.