DE1525571C - Verfahren zur Herstellung von Flach dichtungen, insbesondere von Zylinderkopf dichtungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Flachdichtungen, insbesondere von Zylinderkopfdichtungen unter Verwendung eines pulverförmigen oder faserförmigen Materials und eines Bindemittels.

Es sind bereits Verfahren zur Herstellung von Dichtungsplatten für hohe Drücke und Temperaturen, insbesondere zur Abdichtung zwischen Zylinderblock und Zylinderkopf von Verbrennungsmotoren, bekannt, die aus Drahtgeweben und Dichtungsmassen bestehen, welche neben anorganischen Füllstoffen plastische organische Bindemittel, z. B. härtbare Kunstharze, Kautschuk od. dgl., enthalten. Derartige Drahtgewebedichtungen weisen den Nachteil auf, daß sie wegen der erforderlichen Engmaschickeit häufig nicht die nötige federnde Nachgiebigkeit haben und die faserigen anorganischen Füllstoffe nicht alle feinen Räume des Gewebes ausfüllen. So bilden sich an Fadenkreuzen leichte Kriechwege für unter hohem Druck stehende Gase oder Flüssigkeiten. Man hat schon versucht, diese Nachteile dadurch zu vermeiden, daß man zunächst eine bis zur Flüssigkeit verdünnte Dichtungsmasse auf das Drahtgewebe aufsprüht und über diesen Auftrag nach Trocknung dann eine dickbreiige Dichtungsmasse unter Druck und Wärme mittels eines Kalanders ein- und aufgepreßt wird. Dieses Herstellungsverfahren ist jedoch sehr kompliziert und relativ teuer, obwohl gerade die Wohlfeilheit bei Massenartikeln, wie Zylinderkopfdichtungen, eine entscheidende Rolle spielt.

Es sind auch schon Dichtungsplatten bekannt, die aus Asbestfasern und Kautschuk bestehen, welche gleichfalls in einer Kalandervorrichtung hergestellt werden. Auch derartige Dichtungen weisen ein relativ kompliziertes Herstellungsverfahren auf. Die Mischung der Asbestfasern mit dem Bindemittel erfordert komplizierte Mischvorrichtungen, die indes trotz aller Vorkehrungen häufig nicht den hohen Grad an Homogenität der Dichtungsmasse gewährleisten, wie er an sich erstrebenswert ist. Hierbei wachsen die Schwierigkeiten, je kleiner der Anteil des Bindemittels wird.

Es ist ferner bekannt, Dichtungen in verschiedenen Bereichen derselben unterschiedliche Dicken zu geben oder in verschiedenen Zonen einer Flachdichtung unterschiedliche Werkstoffe zu verwenden. Es gehört fernerhin zum Stande der Technik, auf die Richtung des Faserverlaufs bei aus mehreren Lamellen bestehenden Tafeln dadurch Rücksicht zu nehmen, daß die Tafeln der Dichtungsplatte derart gelegt werden, daß die Metallfasern in den aufeinanderliegenden Tafeln in verschiedenen Richtungen liegen.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine einfachere und wirtschaftlichere Weise zur Herstellung von Dichtungen zu schaffen, wobei gleichzeitig eine ausgezeichnete Homogenität der Verteilung des Bindemittels und des faserförmigen oder pulverförmigen Materials erreicht wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß ein Träger mit den pulver- oder faserförmigen Partikeln und einem später aushärtbaren Bindemittel schichtförmig beflockt wird, wobei entweder vor dem Aufflocken der Schicht auf den Träger ein Klebemittel aufgebracht oder ein Klebemittel, das auch das Bindemittel sein kann, gleichzeitig mit dem Beflockungsmaterial aufgebracht wird, daß danach eine Pressung derauf den Träger aufgebrachten Materialien erfolgt und daß schließlich eine Behandlung der so erhaltenen Schicht zwecks Härtung des Bindemittels vorgenommen wird.

Es ist zwar schon bekannt, die Herstellung von

Pappmembranen für Lautsprecher durch Aufspritzen von Partikeln auf eine Form vorzunehmen und ebene

' Platten durch Beflockung eines Trägers mit Fasern und Bindemitteln unter anschließendem Härten vorzunehmen. Diese bekannten Anwendungen haben jedoch dem Fachmann auf dem Dichtungssektor keine Anregung für die Herstellung von Dichtungsplatten gegeben, obwohl diese Verfahren seit Jahrzehnten be-

ίο kannt und ein diesbezügliches Bedürfnis einer vereinfachten Herstellung vorgelegen hat.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Träger vor dem Aufflocken mit Silikon imprägniert, so daß die aufgeflockte. Schicht nach dem Pressen und Härten vom Träger abgehoben werden kann.

Bei Verwendung faserförmiger Partikeln kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Sprühvorrichtung schräg zum

ίο Träger eingestellt werden, um eine bestimmte Orientierung der Fasern zu erzielen. Die Sprühvorrichtung kann schräg zum Träger in verschiedenen Richtungen eingestellt werden, um Schichten verschiedener Faserorientierung zu erhalten.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich auch leicht die auf den Träger aufgeflockten Schichten in verschiedenen Bereichen mit verschiedenen Dicken herstellen.

Als Träger kann ein perforiertes metallisches Blech dienen, das eine im wesentlichen ebene Form hat. An Stelle eines blechförmigen Trägers kann auch ein Gewebe dienen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im nachstehenden eingehender an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Als Pulver- oder Faserpartikeln können die nachfolgenden Stoffe verwendet werden: Asbeste aus Chrysolith, Krokydolith oder Amosit, wobei die Fasern Abmessungen haben, die beispielsweise zwisehen sehr kurzen Längen bis 15 mm liegen; Naturfasern aus Cellulose, ζ. B. Jute oder Manilahanf; synthetische Fasern, z. B. aus Polyamiden, Polyestern, Polyvinylchloriden, Epoxyharzen, wobei die letztgenannten Fasern eine sehr variable Länge haben können,

z. B. im Bereich unterhalb von 30 mm Fasernlänge; zerriebener Kork, dessen Körnung zwischen 0,1 und 6 mm liegt, und metallische Fasern in einer Länge von 3 bis 30 mm.

Die vorstehend aufgeführten Materialien sind nur beispielsweise genannt. Es können auch andere Materialien verwendet werden, z. B. pulverförmige Elastomere.

Die zitierten Materialien können allein oder in Gemischen verwendet werden. So kann beispielsweise die Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtungen erfolgen, indem Mischungen aus Cellulosefasern mit Polyamidfasern oder Mischungen von geriebenem Kork mit Cellulosefasern verwendet werden.
Unter später aushärtbaren Bindemitteln werden alle Bindemittel verstanden, die geeignet sind, eine nachträgliche Kohäsion der die Dichtung bildenden Materialien zu bewirken, wobei sowohl eine Erhärtung des Bindemittels im engeren Sinne als auch eine elastische Verbindung der verschiedenen Materialien durch das Bindemittel stattfinden kann, wie dies bei der Verwendung von Gelatine oder Elastomeren als' Bindemittel der Fall ist.

Es können also als Bindemittel alle Stoffe Anwen-

düng finden, die aufgespritzt oder aufgeschleudert werden können und die nach einer Weiterverarbeitung in der Lage sind, die Kohäsion der Dichtungsmaterialien zu bewirken.

Hierzu gehören auch Bindemittel, die in einem festen Zustand, beispielsweise in Form von Pulvern oder Granulaten, vorliegen. Solche Bindemittel werden vorteilhafterweise während des Aufspritzens bzw. des Aufschleuderns des Faser- oder Granalienmaterials demselben zugemischt.

Die Kohäsionswirkung des Bindemittels wird im allgemeinen im Zuge einer thermischen Behandlung hervorgerufen, die nach oder während des Zusammenpressen der verschiedenen Bestandteile stattfindet, die auf den Träger aufgespritzt wurden, und die entweder eine Schmelzung oder eine Polymerisation des Bindemittels verursacht.

Das Bindemittel für das erfindungsgemäße Verfahren kann aus Phenoplasten, Harnstoff-, Epoxy-, Polyester-, Vinyl- und Polyäthylenharzen oder auch aus Gelatine oder solche Elastomere verwendet werden, die aus Butadien-, Acrylnitrilen, Silikonen oder auch Polychloropren gewonnen werden.

Der erfindungsgemäß verwendete Kleber hat nur den Zweck, die verschiedenen Bestandteile der Dichtungsmaterialien beim Aufschleudern oder Aufspritzen auf den Träger auf demselben festzuhalten. Das Klebemittel muß sich daher gleich beim Aufbringen der die Dichtung bildenden Materialien in einem Zustand befinden, der das Festhaften der übrigen Bestandteile auf dem Träger bewirkt.

In gewissen Fällen kann das erfindungsgemäße Bindemittel gleichzeitig auch den Kleber bilden, z. B. wenn der letztere gleichzeitig, aber unabhängig auf das Fasermaterial aufgespritzt wird und sich im gelösten oder flüssigen Zustand befindet. Man kann das gleiche erreichen, wenn das Fasermaterial mit einem Bindemittel gemischt wird, welches aus festen Partikelchen besteht, die auf einen vorher aufgeheizten Träger aufgebracht werden, um so die Schmelzung wenigstens eines Teils des Bindemittels zu bewirken, wodurch die angestrebte Klebwirkung erzielt wird.

Als Klebemittel können erfindungsgemäß synthetische Harze, z. B. Vinyl-, Polyäthylen-, Phenoplast-, Aminoplast-, Epoxy- und Polyurethanharze verwendet werden.

Gleichfalls können als Klebemittel bestimmte Kleber auf Elastomerbasis verwendet werden, insbesondere Kleber auf der Basis von natürlichem oder synthetischem Kautschuk (z. B. G RS-Ebonite oder Butadien-, Acrylnitril-, Butyl-, Silikon- und Polychloropren-Kautschuk oder Fluor-Elastomere usw.).

In allen Fällen müssen die Bindemittel und die Kleber in Abhängigkeit von der chemischen Natur der auf dem Träger aufgebrachten Materialien ausgewählt werden, um optimale Endresultate zu erzielen.

Das Fasermaterial und das Bindemittel können in Pulver- oder Faserform (in einem Gas suspendiert) durch eine Düse aufgespritzt werden, während der Kleber durch eine andere Düse verstäubt wird. Man "kann auch, wenn es notwendig ist, die verschiedenen Materialien mit drei getrennten Düsen aufbringen, wobei die eine Düse das Fasermaterial, die beiden anderen Düsen das Bindemittel bzw. den Klebstoff aufsprühen, so daß erst eine Mischung der drei Bestandteile stattfindet, wenn sie auf den Träger gelangen.

Es können verschiedene Träger verwendet werden, z.B. bei Flachdichtungen bekannte Folien, die in einem Tiefziehvorgang mit Stempeln perforiert werden, wobei sich auf beiden Seiten der Folie Rauhigkeiten ergeben, so daß diese eine raspeiförmige Oberfläche haben.

Es können auch glatte Folien oder metallische Gewebe oder Gewebe aus Asbestfasern bzw. synthetischen Fasern als Träger Verwendung finden.

Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man gleichfalls Aufträge auf Träger aufbringen, an denen die aufgespritzten Materialien nicht endgültig festkleben, so daß der Träger nach dem Wirksamwerden des Bindemittels wieder entfernt werden kann. Die Dichtungen kann man herstellen, indem man die verschiedenen Bestandteile auf kontinuierliche Bänder aufspritzt, die als Träger dienen, wobei man anschließend das Band entsprechend zurechtschneiden um den Dichtungen die gewünschte Form zu geben.

Selbstverständlich kann man den Träger auch gleich in der endgültigen Form verwenden und die verschiedenen Materialien auf einen solchen richtig zurechtgeschnittenen Träger aufspritzen oder aufsprühen. Die erfindungsgemäß hergestellten Dichtungen unterscheiden sich von den bisher bekannten Dichtungen durch besondere Eigenschaften.

Zunächst ergibt sich der Vorteil, daß bei d;n erfindungsgemäßen Dichtungen auf einfache und leicht zu kontrollierende Weise den Fasern eine Orientierung gegeben werden kann, die auf dem ganzen Träger gleich ist. Es können auch verschiedene Orientierungen der Fasern erzielt werden in Abhängigkeit von den Funktionen, die die verschiedenen Teile der Dichtung zu erfüllen haben.

Die Orientierung der Fasern kann leicht bsim Aufspritzen des Fasermaterials eingestellt werden, indem die Blasdüse in geeigneter Weise orientiert wird.

Die Dichtung läßt sich so herstellen, daß nacheinander mehrere Schichten aus einem in bestimmter Richtung orientierten Fasermaterial aufgetragen werden, wobei für jede Schicht eine verschiedene Orientierung der Fasern eingestellt wird, so daß man Fassrschichten erhalten kann, deren Faserrichtungen beispielsweise gekreuzt sind. Dies war mit den bisher bekannten Methoden in wirtschaftlicher Weise nur schwierig möglich.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, an verschiedenen Stellen der Dichtung verschiedene Dicken einzustellen. Diese Besonderheit kann leicht erzielt werden, indem man an den verschiedenen Stellen eine kürzere oder längere Zeit aufsprüht, je nachdem welche lokale Dicke der Dichtung man zu erzielen wünscht. Diese Möglichkeit ist von großer Wichtigkeit, weil, wie man weiß, die Technik der Explosionsmotore sich schnell in Richtung der Verwendung leichter Legierungen für die Zylinderblöcke entwickelt, während man die Mantelteile nach wie vor in Guß ausführt. Aus diesem Grunde ergeben sich sehr verschiedene Wärmedehnungen der Materialien, welche die Herstellung von Zylinderkopfdichtungen vor ein schwieriges Problem stellen.

Die erfindungsgemäßen Dichtungen können an verschiedenen Stellen in verschiedenen Dicken ausgeführt werden und ermöglichen es dadurch, das vorstehende Problem in zufriedenstellender Weise zu lösen. Die Dickenvariation der Dichtungen kann im wesentlichen den Abweichungen entsprechen, die die Flächen, welche in Kontakt mit den Zylinderkopfdichtunget kommen, von einer ebenen Fläche haben.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden im nachfolgenden einige Ausführungsbeispiele gegeben.

Beispiel!

Man stellt eine erfindungsgemäße Zylinderkopfdichtung in der folgenden Weise her:

Zunächst mischt man mittels eines mechanischen Rührwerks 90% Gewichtsprozent eines Chrysolithasbests und 10 Gewichtsprozent eines Phenoplastes, das einen Schmelzpunkt von etwa 100°C aufweist. Man spritzt diese Mischung mit Hilfe einer Pistole senkrecht auf eine perforierte Unterlage von raspelförmiger Oberflächenstruktur, auf die man vorher mit einer Pistole 100 g einer Polyvinyl-Azetat-Emulsion aufgesprüht hat, die mit einem gleichen Volumenanteil verdünnt worden ist.

Dann spritzt man auf jede Seite des Bleches bei einmaligem Überstreichen desselben 550 g/m² einer Mischung aus Asbest und Phenoplastharz auf. .

Danach preßt man das so hergestellte Erzeugnis unter einem Druck von rund 200 atü, walzt die Dichtung auf eine gewünschte Dicke herunter und führt die Polymerisation des Harzes herbei, indem man die Dichtung rund 15 Minuten auf eine Temperatur von 130°C hält.

Danach wird die Dichtung mittels einer geeigneten Vorrichtung in eine gewünschte Form zurechtgeschnitten.

Zunächst wird in einem mechanischen Rührwerk eine Mischung aus 85 Gewichtsprozent Krokydolithasbest mit 15 Gewichtsprozent eines Aminoplastes gemischt.

Diese Mischung wird dann senkrecht auf eine perforierte Folie gespritzt, die vorhe: auf die Form der Dichtung zurechtgeschnitten und mit einem Epoxyharz überzogen worden ist, wobei 80 g dieser Substanz pro Quadratmeter aufgesprüht wurden. Von der Mischung wird dabei auf jede Seite der Folie 600 g/m² aufgetragen. Die Dichtung wird dann schließlich 20 Minuten lang unter einer geheizten Presse eingespannt, wobei ein Druck auf 20 atü und eine Temperatur von 130° C zur Anwendung kommt.

B e 1 s ρ i e 1 3

Zunächst stellt man eine Mischung her, die aus 70 Gewichtsprozent Cellulosefaser in Form von Manilahanf mit einer Faserlänge von 3 bis 5 mm, 20 Gewichtsprozent Polyamidfaser in einem Längenbereich von 3 bis 5 mm und 10 Gewichtsprozent Epoxyharzfaser besteht.

Diese Mischung wird senkrecht auf eine Unterlage aufgespritzt, welche aus einer Glasfolie besteht, die mit Silikonen imprägniert ist, um ein Ankleben der aufgebrachte.i Materialien an den Träger zu verhindern.

Man preßt dann das Ganze unter einem Druck von 60 bis 80 atü und erwärmt 10 Minuten lang bei einer Temperatur von 150° C. Dann entfernt man die Glasfolie und schneidet die Dichtungen zurecht.

Beispiel 4

Man spritzt einen Chrysolithasbest auf eine glatte Folie auf, die vorher mit einer Lösung eines Butadienacrylnitrilkautschuks beschichtet worden ist, die mit einer Pistole aufgespritzt wird und 25 g der vorgenannten Substanz pro Quadratmeter enthält.

Hierzu trägt man auf jede Fläche zunächst eine erste

B e 1 s ρ 1 e 1 6

Asbestschicht mittels einer Pistole auf, die um 35° bezüglich der Folie geneigt ist, dann sprüht man eine zweite sehr feine Schicht eines Bindemittels auf, welche aus einer Lösung desselben Butadienacrylnitrilkautschuks hergestellt ist wie das Klebemittel. ;

Danach trägt man eine zweite Asbestschicht auf und

neigt die Pistole um 145° bezüglich der Unterlage.

Schließlich trägt man weitere Schichten auf, die in der Dicke gemäß den Anforderungen variieren, die an die

ίο Dichtung gestellt werden.

Das Ganze wird danach kalandert und 10 Minuten lang bei einer Temperatur von 130°C erhitzt. Dann wird die Dichtung in der gewünschten Form zurechtgeschnitten.

¹S Beispiel 5

Man schneidet eine mit keilförmigen Spitzen perforierte Folie als Träger in der Form zurecht, die den Abmessungen der zu erzielenden Dichtung entspricht. Man beaufschlagt dann die Folie mit einer Emulsion aus einem Pjlyvinyl-Azetat, welches mit 100 g/m², verdünnt mit der gleichen Menge Wasser, aufgetragen φ\' wird.

Dann spritzt man auf beide Seiten des Trägers eine Mischung auf, die aus 90 Gewichtsprozent eines Asbestes und 10 Gewichtsprozent eines Phenoplastharzes besteht.

Man trägt auf bestimmten Zonen der Dichtung eine größere Menge Material auf als auf anderen Zonen derselben.

Man preßt schließlich die Dichtung so, daß sie überall die gleiche Dicke hat, und erwärmt sie bei einer _; Temperatur von 130° C während einer Dauer von 15 Minuten.

Eine so hergestellte Dichtung weist Zonen von geringerer Kompressibilität auf, welche den Zonen mit Überdicke entsprechen. Diese Zonen sind von leichter zusammendrückbaren Zonen getrennt, welche den Zonen normaler Dicke entsprechen.

Man schneidet eine glatte metallische Folie auf das Format der Dichtung zurecht und beaufschlagt sie mit A 60 g eines Polyesterharzes pro Quadratmeter.

Danach spritzt man auf jede Fläche der Folie eine Mischung, bestehend aus 90 Gewichtsprozent Cellulosefaser und 10 Gewichtsprozent Gelatine.

Man bringt dieses Produkt in eine heizbare Presse und komprimiert 5 Minuten lang bei einer Temperatur von 100°C und unter einem Druck von 60 bis 80 atü. An den Stellen, an denen die Dichtung zusätzlich eine Korkverdickung erhalten soll, trägt man eine Polyesterharzschicht auf.

Dann spritzt man auf die Dichtung eine Mischung, \

die aus 75 Gewichtsprozent Kork, der einen Korndurchmesser von 0,1 bis 1 mm aufweist, und 25 Gewichtsprozent Gelatine besteht, auf. Der Koik haftet nur an den Stellen der Dichtung, die einen Polyesterüberzug erhalten haben.

Die so hergestellte Dichtung wird in eine heizbare Presse 5 Minuten lang bei einer Temperatur von 100°C unter einem Druck von 10 atü eingepreßt. Eine solche Dichtung weist Zonen verschiedener Kompressibilität auf.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Flachdichtungen, insbesondere von Zylinderkopfdichtungen

I 525

unter Verwendung eines pulverförinigen oder faserförmigen Materials und eines Bindemittels, d a du rch gekennzeichnet, daß ein Träger mit den pulver- oder faserförmigen Partikeln und einem später aushärtbaren Bindemittel schichtförmig beilockt wird, wobei entweder vor dem Aufflocken der Schicht auf den Träger ein Klebemittel aufgebracht oder ein Klebemittel, das auch das Bindemittel sein kann, gleichzeitig mit dem Beflockungsmaterial aufgebracht wird, daß danach eine Pressung der auf den Träger aufgebrachten Materialien erfolgt und daß schließlich eine Behandlung der so erhalleiien Schicht zwecks I lärtung des Bindemittels vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger vor dem AufJlockeu mit Silikon imprägniert wird und daß die aufgedockte Schicht nach dem Pressen und Härten vom Träger abgehoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein perforiertes metallisches Blech dient, das eine im wesentlichen ebene Form hat.

4. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein Gewebe dient.

5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung faserförmiger Partikeln die Sprüh richtung schräg zum Träger eingestellt wird, um eine bestimmte Orientierung der Fasern zn erzielen.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche L bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung faserförmiger Partikeln die Spriihrichtung so schräg zum Träger in verschiedenen Richtungen eingestellt werden, daß sich Schichten verschiedener Faserorientierung ergeben.

7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Träger aufgeilockte Schicht in verschiedenen Bereichen verschiedene Dicken aufweist.

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