DE19856883B4

DE19856883B4 - Hochtemperaturbeständige Verbundstruktur, sowie Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE19856883B4
Application number: DE1998156883
Authority: DE
Inventors: Steven A. Zettel; Zlatomir Kircanski
Original assignee: ACS Industries Inc
Current assignee: ACS Industries Inc
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2018-12-11
Also published as: GB2332248B; JPH11314218A; GB2332248A; US6533977B1; GB9825346D0; DE19856883A1

Abstract

Hochtemperaturbeständige Verbundstruktur für Dichtungen bzw. Abdichtungen insbesondere in KFZ-Abgassystemen mit einem Verbund aus Edelstahl und Vermiculit, dadurch gekennzeichnet, dass das Vermiculit als Imprägnierung einer Maschendraht-Rohstruktur verwendet wird, bei der der Draht aus gezogenem und geglühtem Edelstahl besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine hochtemperaturbeständige Verbundstruktur für Dichtungen bzw. Abdichtungen, insbesondere in Kfz-Abgassystemen, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur. Derartige Strukturen sind besonders geeignet, eine Leckstelle selbsttätig abzudichten.
Eine hochtemperaturbeständige Verbundstruktur nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist bereits bekannt ( US 4,951,954 A ). Dabei besteht die Verbundstruktur aus mehreren Substanzen, nämlich

– hochtemperaturfesten Fasern,
– Edelstahlfasern,
– Vermiculit und
– einem hochtemperaturbeständigen, festen Schmiermittel.

Dieser Verbund wird auf die Außenfläche eines ringförmigen Basisteils aufgepresst und soll eine glatte Oberfläche mit niedrigem Reibungswiderstand aufweisen. Zu diesem Zweck werden feste Schmiermittel, beispielsweise in Form von Graphit, dem Verbund zugegeben. Derartige Dichtungen werden vor allem als flexible Verbindungen in Abgassystemen verwendet und sollen bei dem durch Erschütterungen des Kraftfahrzeugs veranlassten Bewegungen keine Geräusche verursachen.
Dichtungen und/oder Abdichtungen sind im Übrigen in mehrfacher Form im Stand der Technik bekannt ( US 3 186 042 A , US 4 443 517 A , US 4 601 476 A , US 4 659 091 A und US 4 756 561 A ). Obwohl jede der vorstehend genannten Patentschriften Dichtungen oder Abdichtungen offenbart, die für den jeweils dort beabsichtigten Zweck geeignet sind, besteht ein Bedarf in der Automobilindustrie für eine Struktur, die Leckagen verhindert, wenn sie in einem Kraftfahrzeugabgassystem eingesetzt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verbundstruktur der eingangs genannten Gattung mit einfachen Mitteln zu verbessern, um wirkungsvoll Undichtigkeiten im Betrieb vermeiden zu helfen.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1 und 9 gekennzeichnet und in jeweiligen Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen derselben beansprucht.
Die Hochtemperaturverbundstruktur gemäß der Erfindung weist ein Rohelement aus Maschendrahtmaterial auf, das aus einem gezogenen Draht aus Edelstahl hergestellt ist. Der gezogene Draht ist ausgeglüht und gemischt, um Rohmaterial zu schaffen. Das gemischte Rohmaterial ist insbesondere gewirkt bzw. gestrickt, um die Rohstruktur aus dem Maschendrahtmaterial zu bilden. Die Rohstruktur des Maschendrahtmaterials besitzt darin ausgebildete Hohlräume oder Leerstellen. Die Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial wird mit einer Dispersion unter Einsatz von Vermiculit als Binder imprägniert. Die Dispersion füllt im Wesentlichen die Hohlräume der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial aus. Vorzugsweise füllt die Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial ein Volumen von 20% bis 70% der Vorform, ehe diese mit der Dispersion imprägniert wird.
Ein Verfahren zur Herstellung der Struktur weist folgende Schritte auf:

a) Imprägnieren der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial mit einer Dispersion, die Vermiculit als Binder enthält, wobei die Dispersion im Wesentlichen die Hohlräume füllt (Imprägnieren);
b) Eliminieren des Wasseranteils aus der Dispersion (Trocknen) und
c) Pressen der imprägnierten Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial in die gewünschte Form und Dichte (Pressen).

Genauer betrachtet weist der Schritt der Herstellung der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial vorzugsweise die Schritte Ziehen des Drahtes aus Edelstahl, Ausglühen des gezogenen Drahtes, Mischen des gezogenen Drahtes zur Bildung von Rohmaterial und insbesondere Wirken bzw. Stricken des gemischten Rohmaterials zum Bilden der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial auf. Vor dem Imprägnierungsschritt weist das Verfahren vorzugsweise außerdem den Schritt des Vorformens der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial in eine erste vorbestimmte Form auf.
Die Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial kann auch mindestens ein weiteres Mal imprägniert werden.
Entsprechend bietet die Erfindung folgende Vorteile: Eine Struktur, die in der Lage ist, Undichtigkeiten oder Leckage zu verhindern, wenn sie in einem Kraftfahrzeugabgassystem verwendet wird, und die in der Lage ist, relativ hohen Druckkräften zu widerstehen, die auf sie ausgeübt werden. Die Struktur hat chemische und physikalische Eigenschaften, die Qualitätsverluste nach Einwirkung und/oder unter hohen Temperaturen verhindern. Die Struktur kann während des Zusammenbaus des Kraftfahrzeugabgassystems leicht eingebaut werden. Die Struktur ist in der Lage, axialen, radialen und Scherkräften zu widerstehen und sie ist kostengünstig herstellbar.
Weitere Vorteile der Erfindung werden im weiteren Verlauf dieser Beschreibung deutlich werden.
Die Zeichnung veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
Es zeigen:
1 eine Frontansicht einer Hochtemperaturverbundstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Struktur aus 1;
3 ein schematisches Blockdiagramm des Schrittes des Schaffens des Maschendrahtmaterials aus 2.
In 1 ist eine Hochtemperaturverbundstruktur 10 nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie noch in näheren Einzelheiten diskutiert wird, ist die Struktur 10 besonders ge eignet zur Verwendung in einem Kraftfahrzeugabgassystem. Unabhängig von der beabsichtigten Verwendung ist die Struktur 10 auch geeignet für Zwecke, bei denen sie mechanischen Belastungen, Vibrationsenergien und wechselnden oder Hochtemperaturkonditionen ausgesetzt ist. Zusätzlich kann sie in Situationen verwendet werden, in denen gewünscht ist, das Material zu isolieren, das es umgibt, wobei die Wärmeübertragung auf umgebende Komponenten verhindert werden soll. Die Struktur 10 nach der vorliegenden Erfindung ist insbesondere wirkungsvoll zum Verhindern von Leckage und Undichtigkeiten in Kraftfahrzeugabgassystemen, wenn sie verwendet wird, um Komponenten des Systems miteinander zu verbinden.
Die Struktur 10 ist in 1 lediglich zu Illustrationszwecken dargestellt. Es sollte klar sein, dass die Struktur 10 jede beliebige Zahl von verschiedenen Formen und Größen annehmen kann und trotzdem in den Bereich der vorliegenden Erfindung fällt.
In 2 ist in schematischer Form ein Blockdiagramm 12 dargestellt, das eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der Struktur 10 zeigt. Wie zu erkennen, weist das Verfahren die Schritte des Schaffens einer Rohstruktur 14 aus Maschendrahtmaterial, das Imprägnieren 16 der Rohstruktur mit einer Dispersion, das Entfernen 18 eines Wasseranteils aus der Dispersion, die in der Rohstruktur gehalten ist, und das Pressen 20 der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial in ihre endgültige Form auf.
Der Schritt 14 beinhaltet die Herstellung einer Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial, die aus Draht gezogen ist.
Bezug wird auf die 3 genommen, in der die Unterschritte des Schrittes 14 dargestellt sind. Vorzugsweise wird der gezogene Draht aus Edelstahl gezogen 22, das den Anforderungen aus ASTM A580 entspricht, oder auch aus einer geeigneten Chrom- oder Chromnickellegierung. Der Draht besitzt einen Durchmesser zwischen 0,272 mm und 0,287 mm. Es sollte bemerkt werden, dass die Drahtdurchmesser zwischen 0,10 mm und 0,50 mm variieren können, solange der Draht gewirkt bzw. gestrickt oder gewebt werden kann. Der gezogene Draht wird geglüht 24 bei einer Temperatur zwischen 1065°C und 1125°C. Der geglühte gezogene Draht wird dann gemischt 26, um Rohmaterial zu bilden und gewirkt bzw. gestrickt 28, mittels einer 48-Nadel-Wirkmaschine, die im Stand der Technik gut bekannt ist, um das Maschendrahtmaterial zu bilden. Nach dem Wirken wird das Maschendrahtmaterial auf eine vorbestimmte Länge geschnitten 30 und durch ein Press- oder Druckwerkzeug bzw. eine Press- oder Druckform vorgeformt. Vorzugsweise füllt die Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial ein Volumen von 20% bis 70% einer Vorform vor dem Imprägnieren mit der Dispersion.
Es sollte bemerkt werden, dass andere Herstellungsverfahren wie beispielsweise das Weben und dergleichen auch verwendet werden können und diese trotzdem in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.
Wie in 2 dargestellt wird in Schritt 16 eine Dispersion in den Hohlräumen der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial imprägniert. Die Dispersion weist Vermiculit als Binder auf, das modifiziert ist, um Bornitrit und Glimmerpulver zusätzlich aufzuweisen. Nach dem anfänglichen Imprägnieren der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial mit der Dispersion wird der Wasseranteil der Dispersion in Schritt 18 entfernt, in dem die Rohstruktur in einem Ofen bei ungefähr 150°C (300°F) getrocknet wird. Der Imprägnierungsschritt 16 kann erreicht werden durch Eintauchen der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial in einen Kessel mit einer darin befindlichen Dispersion. Es ist wünschenswert, die Rohstruktur zu imprägnieren, so dass die Hohlräume darin mit der Dispersion gefüllt werden. Falls nach dem anfänglichen Imprägnieren der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial die Hohlräume nicht im wesentlichen gefüllt werden, kann die Rohstruktur beliebig oft erneut in den Kessel eingetaucht werden, bis die Hohlräume gefüllt sind. Nach jedem Eintauchen in den Kessel sollte der Wasseranteil in der vorbeschriebenen Weise getrocknet bzw. eliminiert werden.
Nach dem Imprägnieren der Rohstruktur wird sie in Schritt 20 mittels einer anderen Kompressionsform in ihre endgültige Form gebracht. Ist sie einmal gepresst, ist die Struktur in ihrer endgültigen Form und fertig zum Gebrauch.
Nachdem diese Erfindung mehrere Ausführungsformen besitzen kann, ohne sich vom Geist oder dem wesentlichen Merkmalen zu entfernen, ist die vorliegende Ausführungsform als beispielhaft und nicht beschränkend aufzufassen.

Claims

Hochtemperaturbeständige Verbundstruktur für Dichtungen bzw. Abdichtungen insbesondere in KFZ-Abgassystemen mit einem Verbund aus Edelstahl und Vermiculit, dadurch gekennzeichnet, dass das Vermiculit als Imprägnierung einer Maschendraht-Rohstruktur verwendet wird, bei der der Draht aus gezogenem und geglühtem Edelstahl besteht.
Verbundstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtdurchmesser zwischen 0,1 und 0,5 mm beträgt
Verbundstruktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drahtdurchmesser zwischen 0,272 und 0,287 mm beträgt.
Verbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohstruktur zwischen 20 und 70% des Volumens beträgt.
Verbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vermiculit die Hohlräume der Rohstruktur im Wesentlichen vollständig ausfüllt.
Verbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vermiculit mit Bornitrat gemischt ist.
Verbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vermiculit mit Glimmerpulver gemischt ist.
Verbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Edelstahl zumindest teilweise durch eine Chrom- oder Chrom-Nickel-Legierung ersetzt ist.
Verfahren zur Herstellung einer hochtemperaturbeständigen Verbundstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verbundstruktur aus Edelstahl oder dergleichen und Vermiculit verpresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Rohstruktur mit einer Vermiculit enthaltenden Dispersion derart getränkt wird, dass die Dispersion die Hohlräume in der Rohstruktur im Wesentlichen ausfüllt (Imprägnieren), b) danach der Wasseranteil aus der Dispersion eliminiert wird (trocken) und schließlich c) die getrocknete imprägnierte Rohstruktur in die gewünschte Form gepresst wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohstruktur vor dem Imprägnieren vorgeformt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte a) des Imprägnierens und b) des Trocknens mehrfach hintereinander vorgenommen werden.