DE3329056A1 - Impraegnierte auspuffdichtung - Google Patents

Impraegnierte auspuffdichtung

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Description

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Die Erfindung betrifft allgemein eine hochtemperaturfeste Auspuffdichtung und insbesondere eine Auspuffdichtung, bei der ein hitzebeständiges Metalloxid in ein komprimiertes gewirktes Drahtgitter imprägniert wird. Die Dichtung ist besonders zur Anwendung in Fahrzeug-Auspuffsystemen geeignet.
Es gibt zwei allgemein unterschiedliche Anbringungsarten für einen Fahrzeugmotor. Bei der einen Anbringungsart wird der Motor so angebracht, daß seine Kurbelwelle in Längsrichtung zu der Fahrzeugkarosserie läuft (von jetzt ab wird ein solcher Motor als längs montierter Motor bezeichnet). Bei der anderen Anbringungsart wird der Motor so angebracht, daß seine Kurbelwelle quer mit Bezug auf die Fahrzeugkarosserie läuft (von jetzt ab als quer eingebauter Motor bezeichnet). Die letztere Anordnung ist besonders bei Frontantriebsfahrzeugen nützlich.
Bezüglich der zu diesen Motoren gehörenden Auspuffsysteme ist es offensichtlich, daß ein bestimmtes Auspuffsystem, das einen Motorabgasverteiler und ein Endrohr enthält, unterschiedlich gestaltet werden muß in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Motoranbringung bezüglich des Fahrzeuges, d.h. bei längs oder quer eingebauten Motoren.
Beispielsweise erstreckt sich bei einem längs eingebauten Motor ein Auspuff-Vertexlerrohr von dem Motor-Abgasverteiler längs des Motors nach unten und besitzt normalerweise einen Flansch, der an seinem offenen Ende angebracht ist, welcher zur Verbindung mit einem passenden Flansch an einem Endrohr nach unten gerichtet ist, wobei das Endrohr unterhalb des Fahrzeuges verläuft. Bei dieser Ausbildung wird eine Dichtung normalerweise zwischen die miteinander verbundenen Flansche eingelegt, um das Austreten von Abgasen am Umfang der verbundenen Flansche zu verhindern. Eine Bewegung des Abgasverteilers, wie sie beispielsweise beim normalen Betrieb des Motors auftritt, wird vollständig auf das Endrohr über die vereinigten Flansche über-
tragen. Durch die Endrohrbewegung erzeugte Spannungen werden durch flexible Befestigungsteile (auch Aufhängungen genannt) absorbiert, die das Endrohr an der Unterseite der Fahrzeugkarosserie festlegen. Die typische dafür eingesetzte Auspuffdichtung braucht keine solche Spannung aufzunehmen und aus diesem Grunde sind solche Dichtungen relativ einfach aufgebaut. Eine typische in längs eingebauten Motoren benutzte Dichtung besteht aus Gußeisen und besitzt sich verjüngende Stützflächen, die mit den Oberflächen der Flansche in Eingriff kommen, um eine Abdichtung zu bewirken. Andere Dichtungen für diese Anwendungsart besitzen einen Schichtaufbau und enthalten Asbest und gelochtes Stahlblech. Weitere übliche Dichtungen können auch imprägniertes in ein Drahtgitter eingeknüpftes Asbestgarn enthalten, wobei diese Materialien zur Bildung der Dichtung zusammengedrückt werden. In manchen Fällen wird überhaupt keine Dichtung eingesetzt, sondern die Flansche selbst bewirken eine Abdichtungsverbindung, wenn sie miteinander verbunden werden.
Bei quer eingebauten Motoren ergeben sich jedoch schwierigere Probleme. Normalerweise erstreckt sich auch in diesem Fall das Auspuffverteilerrohr längs des Motors nach unten und besitzt an seinem offenen Ende einen Flansch, der ebenfalls allgemein nach unten gewendet ist. Jedoch lassen die beim Normalbetrieb' eines solchen Motors auftretenden Bewegungen infolge des Drehmoments der Kurbelwelle und der entgegengesetzt wirkenden Torsionskräfte der Antriebswelle den Flansch des Auspuffverteilerrohrs in solcher Weise hin- und herbewegen, daß die Mittelachse des Rohres, die senkrecht auf der Ebene des Flansches steht, von einer im wesentlichen vertikalen Linie abweicht und abwechselnd zur Vorder- und zur Rückseite des Fahrzeuges geneigt wird. Es ist deshalb notwendig, eine flexible Verbindung zwischen dem Auspuffverteiler und dem Endrohr zu benutzen, um diese Bewegungen aufzunehmen, sonst werden diese Bewegungen direkt auf das Endrohr übertragen und' erzeugen untragbare Druck- und Zugspannungen. Derartige Druck- und Zugspannungen können eine Metallermüdung herbeiführen und die Lebensdauer des Endrohrs stark herabsetzen. Auch kann durch die Vibrationen, welche durch die
Spannungsumkehr--Vorgänge erzeugt werden, außerordentlich starkes Geräusch auftreten.
Es ist.deshalb zu verstehen, daß bei quer eingebauten Motoren die Auspuffdichtung an der flexiblen Verbindungsstelle ein ge wisses Ausmaß von Relatiwerdrehung des AbgasVerteilers zum Endrohr zulassen und trotzdem eine wirksame Abgasdichtung ergeben muß- Bei längs eingebauten Motoren zufriedenstellende oder ausreichende Auspuffdichtungen sind deshalb zur Verwendung in Fahrzeugen mit quer eingebauten Motoren unzureichend, da sie die Relativ-Drehbewegungen und die Spannungen nicht aushalten können, die bei Verwendung mit quer eingebauten Motoren in den flexiblen Auspuffverbindungen auftreten. Es ist beispielsweise aus der US-PS 4 097 071 eine "Kugelgelenk"-Verbindung für einen quer eingebauten Motor bekannt.
Bei derartigen Fahrzeugauspuffsystemen werden gegenwärtig komprimierte Draht-Gittergewirk-Dichtungen eingesetzt, um die Auspuffgasdurchlässe der "Kugelgelenk"-Verbindung im Auspuff system eines quer eingebauten Motors abzudichten. Diese bekannten Dichtungen sind unter Verwendung folgender Materialien aufgebaut: (1) Schichtgraphitmaterial kombiniert mit gewirkten Drahtgittern, (2) umgearbeitete Glimmerschichten kombiniert mit gewirkten Drahtgittern, oder (3) Asbestfaden, die parallel mit Metalldrähten verflochten sind.
Die unter Benutzung dieser Materialien aufgebauten Dichtungen werden zur endgültigen Gestalt und Größe in Formen zu großer Dichte komprimiert. Die nichtmetallischen Anteile jeder solcher Dichtung werden gegenseitig deformiert und mit den Drahtanteilen verhakt, um eine feste, dauerhafte, elastische und oxidationsbeständige Dichtung zu schaffen, die die Anforderungen an eine gute Auspuffdichtung erfüllen kann.
Gegenwärtig sind die Umweltbehörden der Vereinigten Staaten von Amerika dabei, strengere Abgasvorsehriften für Personenkraftwagen und Lastkraftwagen vorzubereiten. Ein Verfahren, das Kraftfahr-Ingenieure verwenden, um die Gefährlichkeit von Abgasen zu reduzieren, besteht darin, daß beispielsweise
die Temperatur der Abgase in die Nähe von 87O°C (16OO°F) angehoben wird. Bei diesen erhöhten Temperaturen kommt das gesamte Abgassystem zur Rotglut, und jede der drei vorher beschriebenen Dichtungsaufbauten kann zum Versagen kommen, da die zulässigen Betriebstemperaturen für die nicht-metallischen Bestandteile der Dichtungen überschritten werden. Beispielsweise beginnt die Oxidation von Graphit bei ca. 37O°C (70O0F), Asbest erfährt eine zerstörende chemische Umwandlung bei 65O°C (120O0F) und bestimmte Arten von Glimmer beginnen bei 76O°C (1400°F) ihre Eigenschaften zu verschlechtern.
Es ist demzufolge ein Ziel der Erfindung, eine Abgasdichtung zu schaffen, die den infolge der Anstrengung, die Verunreinigungsgrößen der Abgase zu reduzieren, erhöhten Temperaturen widerstehen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine derartige Dichtung zu schaffen, die aus komprimiertem gewirkten Metallgittern besteht, das mit einem hitzebeständigen Metalloxid imprägniert ist.
Ein besonderes Ziel der Erfindung besteht darin, daß das hitzebeständige Metalloxid in Wasser oder einem flüchtigen Lösungsmittel zusammen mit einem als Binder wirkenden Harz und entsprechenden Netzmitteln suspendiert wird, so daß es eine homogene flüssige Lösung mit angemessener Viskosität und angemessenem Feststoffgehalt bildet, um so als Imprägniermittel für einen komprimierten gewirkten Drahtgitteraufbau zu dienen.
Nach einer besonderen Ausführung der Erfindung wird zuerst eine Hülse aus einem gewirkten Drahtgitter zu einem zylindrischen Vorgebilde umgebildet und in einer Druckform komprimiert, so daß die Dichte des komprimierten Drahtgittergewirkes so hoch wie praktisch möglich wird, vorzugsweise im Bereich von 40 % bis 70 % der Dichte des massiven Metalls, so daß ein Aufbau entsteht, in welchem die Drähte so zerdrückt und verhakt wer-
; . : 3 O L 3 U Ό O - 8 -
den, und zwischen den Drähten Öffnungen oder Leerstellen zurückbleiben. Die endgültige Gestalt, Größe und strukturelle Festigkeit der Dichtung wird durch den Druckvorgang festgelegt. Der Draht kann ein rost- und zunderbeständiger Stahl oder eine Metallegierung sein, die hohen Temperaturen und korrosiven Bedingungen widersteht/ beispielsweise die amerikanischen SS-Typen (stainless steel) 309 SS, Typ 316 SS oder aber Inconel 600. Das komprimierte oder gepreßte Drahtgittergewirk wird dann mit einem hitzebeständigen Metalloxid entweder dadurch imprägniert, daß das komprimierte Drahtgittergewirk in eine Suspension des hitzebeständigen Metalloxides in einer entsprechenden Imprägnierflüssigkeit eingetaucht wird, oder daß die hitzebeständiges Metalloxid enthaltende Flüssigkeit in die Leerstellen im Gitteraufbau hineingezwungen wird. Das hitzebeständige Metalloxid kann beispielsweise Titanoxid sein. Das mit hitzebeständigem Metalloxid getränkte oder versehene Drahtgittergewirk wird dann getrocknet. Es kann ein oder erforderlichenfalls auch mehrere Imprägniervorgang bzw.Imprägniervorgänge benutzt werden, um die Leerstellen in dem komprimierten gewirkten Drahtgitter ausreichend aufzufüllen.
Zusätzlich zum zufriedenstellenden Betrieb bei höheren Temperaturen als bekannte Auspuffdichtungen zeigt die erfindungsgemäße Auspuffdichtung eine hohe Elastizität, wodurch sie besonders 'für die Verwendung bei flexiblen Auspuffverbindungen geeignet ist, wie sie bei Fahrzeugen mit quer eingebauten Motoren erforderlich sind. Durch diese Elastizität kann die Dichtung in einem hohen Ausmaß durch Drehung entstehende Spannung absorbieren, wenn sie in der flexiblen Verbindung sitzt, und gleichzeitig eine wirksame Abdichtung für die durch die beiden vereinigten Rohre hindurchtretenden Abgase erreichen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispiels-. weise näher erläutert; in dieser zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines aus gewirktem Drahtgewebe bestehenden Vorgebildes, das durch Wickeln einer Hülse von gewirkten Drahtgitter gebildet ist,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Drahtgittergewirk-Vorgebilde nach Fig. 1 ,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Dichtungsrohlings nach Kompression in einer Druckform,
Fig. 4 einen Schnitt nach Linie 4-4 der Fig. 3, in Pfeilrichtung gesehen,
Fig. 5 eine Seitenansicht der Dichtung nach Imprägnierung mit einem hitzebeständigen Metalloxid,
Fig. 6 eine Draufsicht auf die Auspuffdichtung nach Fig. 5, und
Fig. 7 einen Schnitt nach Linie 7-7 der Fig. 6, in Pfeilrichtung gesehen.
Erfindungsgemäß wird eine Auspuffdichtung für ein Fahrzeugauspuff system dadurch geschaffen, daß ein Vorgebilde aus gewirktem Drahtgitter zu der Größe und Gestalt der endgültigen Dichtung komprimiert und der so entstandene Dichtungsrohling mit einem hitzebeständigen Metalloxid imprägniert wird.
Nach Fig. 1 und 2 wird ein zylindrisches Vorgebilde 10 aus gewirktem Drahtgitter beispielsweise so gebildet, daß ein Stück gewirktes Drahtgitter um einen zylindrischen Dorn gewickelt wird. In Fig. 2 sind fünf Windungen zu sehen, jedoch können auch mehr oder weniger Windungen benutzt werden. Der Draht des Gitters kann beispielsweise aus Stahl Typ 309 SS, Typ 316 SS aus Inconel 600 oder einem anderen dafür verwendbaren Metall
sein. Das Vorgebilde wird in eine übliche nicht gezeigte Druckform eingesetzt und so komprimiert, daß sich ein komprimierter Drahtgittergewirk-Dichtungsrohling 12 nach Fig. 3 und 4 ergibt. Dabei werden die Drähte des komprimierten Drahtgittergewirk-Dichtungsrohlings 12 zerquetscht und fest ineinander verhängt. Vorzugsweise wird das aus gewirktem Drahtgewebe bestehende Vorgebilde 10 zu möglichst hoher Dichte komprimiert, jedoch wird bei der praktischen Ausführung die Dichte des Dichtungsrohlings 12 im Bereich von 40 bis 70 % der Dichte des kompakten Metalls liegen, wobei das restliche Volumen durch Leerstellen zwischen den einzelnen Metalldrähten eingenommen wird. Der komprimierte Drahtgittergewirk-Dichtungsrohling 12 wird dann mit einem hitzebeständigen Metalloxid imprägniert, um die imprägnierte Dichtung 14 nach Fig. 5, 6 und 7 zu bilden. Das hitzebeständige Metalloxid füllt die Leerräume in dem komprimierten Drahtgittergewirk-Dichtungsrohling 12 und bedeckt die Innenfläche 16, die Außenfläche 18, und die oberen und unteren Flächen 20 bzw. 22. Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung wird als hitzebeständiges Metalloxid Titandioxid verwendet, das in einer homogenen flüssigen Lösung suspendiert ist. Der komprimierte Drahtgittergewirk-Dichtungsrohling 12 wird in diese Lösung eingetaucht. Die Flüssigkeit dringt in die Leerstellen in dem Rohling ein und bedeckt alle Flächen , auch die Innenflächen der Einzeldrähte des Rohlings 12. Daraufhin wird die Dichtung 12 aus der Flüssigkeit entnommen und entweder an Luft oder im Ofen getrocknet, so daß sich eine imprägnierte Dichtung 14 ergibt.
Die imprägnierte Dichtung 14 kann, da das verwendete Metalloxid sehr hitzebeständig ist, bis in die Nähe von Temperaturen von 1O9 5°C (2000°F) betrieben werden. Die hochkomprimierte Dichtung gibt eine sehr feste Drahtmatrix, die allen Kompressionskräften widerstehen kann, die bei einer Auspuffrohrverbindung auftreten. Die Dichtung 14 besitzt ein solches Ausmaß von Elastizität, daß sie bei einem Kraftfahrzeugauspuffsystem die Übertragung von Vibrationen und Geräusch von dem Motor zu dem Auspuff-Endrohr ^ in Strömungsrichtung nach der Dichtung verhindert.
Bei der bevorzugten Ausführung wird das Titandioxid in einer Lösung suspendiert, die aus Wasser, Acrylharz und Polyesterharz besteht. Es wird angenommen, daß das Harz als Bindemittel dient, um das Titandioxid in der komprimierten Drahtgewirkmatrix zu halten, bevor die Dichtung den hohen Temperaturen ausgesetzt wird, die in einem Motorauspuffsystem auftreten, und, wenn die Dichtung diesen hohen Temperaturen ausgesetzt, wird, zersetzen sich die Harzbinder zu Asche, ohne auf das Titandioxid einzuwirken, das Temperaturen widerstehen kann, die über dem Schmelzpunkt fast aller für den Drahtgewirkanteil verwendeten Metalle oder Metallegierungen liegen. Neben dem mechanischen Festhalten des Titandioxids und der Ascheteilchen innerhalb der Drahtgewirkmatrix,, besteht, wie angenommen wird, auch eine chemische Bindung zwischen dem Titandioxid und dem Drahtgewirk, die durch Hitze noch verbessert wird, da Chrom, ein Hauptlegierungsbestandteil der meisten verwendeten beständigen Stahlsorten eine Schutzschicht aus Chromoxid auf der Oberfläche ausbildet. Werden Titandioxid und Chromoxid miteinander erhitzt, so vereinigen sich die Sauerstoffbindungen, so daß die beiden Oxide wieder miteinander verbunden werden.
Nachfolgend wird ein besonderes Ausführungsbeispiel angegeben, das im einzelnen die Ausbildung einer imprägnierten Dichtung 14 erläutert. Ein Gittergewirk aus Edelstahldraht Typ 3O9A SS mit einem Drahtdurchmesser von 0,28 mm (0,011 inch) wird zu einem Streifen gebildet mit einer Breite von 63,5 mm (2,5 inch) und einer Länge von 914,4 mm (36 inch). Dann wird ein Vorgebilde 10 erzeugt, indem der Gitterstreifen auf einen Dorn mit einem Durchmesser von 46,23 mm.(1,82 inch) gewickelt wird. Dabei werden fünf gleichmäßige Windungen hergestellt. Die Enden werden punktverschweißt, damit das Vorgebilde leicht gehandhabt werden kann. Das Vorgebilde wird in eine Druckform eingesetzt, deren Hohlraum die Größe und Gestalt der erforderlichen endgültigen Dichtung besitzt und unter Aufbringung einer Last von 697,7 kN (70 tons) kompri-
miert zur Erzeugung eines Drahtgittergewirk-Dichtungsrohlings 12 mit einer Höhe von ca. 12,7 mm (0,5 inch), Außendurchmesser an der breitesten Stelle von 64,26 mm (2,53 inch) und einem Innendurchmesser von 45,47 mm (1,79 inch). Dieser Dichtungsrohling wird dann in die Metalloxid-Imprägnierungslösung eingetaucht. Die Imprägnierungslösung wird durch die folgende Grundformel beschrieben:
Pigmente Gewichtsanteil
TiO2 23,2 %
Silikate 0,2 %
Tetrachlorisophthalonitrxl 0,3 % (tetrachloroisophthalonitrile)
Lösungsmittel und Binder
Polyesterharz 3,1 %
Acrylharz 16,9 %
flüchtige oder abdampfende
Bestandteile (Wasser) 56,3 %
solche
Eine/Suspension wird durch Sears, Roebuck and Co. unter der Bezeichnung Sears Best Weatherbeater House and Trim Acrylic Latex Paint, Exterior Satin Finish vertrieben.
Dieses Grundgemisch wird, um die Imprägnierungslösung zu bilden, mit 50 (Vol.-) % Wasser verdünnt, und so eine Lösung aus 50 % Grundgemisch und 50 % Wasser, jeweils nach Volumen gerechnet/gebildet. Der komprimierte Drahtgewirk-Dichtungsrohling wird in die Imprägnierungslösung etwa 30 s eingetaucht und dann unter Abtropfen 30 min bei Raumtemperatur getrocknet.

Claims (12)

  1. Patentansprüche
    Imprägnierte Auspuffdichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein gewirktes Drahtgitter auf die Größe und Form der Dichtung komprimiert ist, wobei der Draht des gewirkten Drahtgitters fest verhakt ist, um die Dichtung mit ausreichender Dichtheit und struktureller Steifigkeit zu versehen, um auf die Dichtung im Gebrauch ausgeübten Kräften zu widerstehen und mit Leerstellen zwischen den Drähten, wobei ein hitzebeständiges Metalloxid in das gewirkte Drahtgitter imprägniert ist, um die Leerstellen zwischen den Drähten aufzufüllen und die Oberfläche der Drähte zu bedecken.
    MANlTZ FINSTERWALD HEYN MORGAN ■ 8000 MÜNCHEN 22 ROBEHT-KOCH-STRASSE1 TEL. (089) 224211 TELEX 05-29672 PATMF «nnijkTM/ nrvrccui INn 7000 STUTTGART 50 (BAD ΛΑΝΝςΤΑΤΤ) SEELBCHGSTR 23/25 TEL. (0711) 567281
  2. 2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeich-' net, daß das Metalloxid Titandioxid ist.
  3. 3. Verfahren zur Herstellung eines Dichtelementes mit einer Metalldrahtgitter-Matrix nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein ebenes Metalldraht-Gittergewirk in mehreren Windungen zu einem hülsenartigen Dichtungs-Vorgebilde (10) gewickelt wird, daß das Vorgebilde (10) zu einem Filterrohling (12) mit der Gestalt der fertigen Dichtung (14) durch Komprimierung, verformt wird, wobei der Gitterrohling (12) Leerstellen zwischen den Drähten enthält, daß der Filterrohling (12) mit einer hitzebeständiges Metalloxid enthaltenden Suspension getränkt und anschließend getrocknet wird=
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennz eichn e t , daß die Windungsenden des Dichtungsvorgebildes (10) durch Punktschweißen örtlich miteinander verbunden werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Drähte des Metalldraht-Gittergewirkes aus zunderfestem Edelstahl gefertigt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zunderfester Edelstahl vom Typ 309 SS oder 316 SS verwendet wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Drähte des Metalldraht-Gittergewirkes aus Inconel 600 gefertigt werden.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis I1 dadurch gekennzeichnet , daß der Filterrohling (12) so weit komprimiert wird, daß ein spezifisches Gewicht von 40 % bis 70 % des spezifischen Gewichtes des massiven Draht-Ausgangsmaterials erhalten wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Tränkung des Gitterrohlings (12) durch Eintauchen desselben in eine Suspension des hitzebeständigen Metalloxides in einer abdampfbaren Flüssigkeit erreicht wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß als hitzebeständiges Metalloxid Titan-Dioxid (TiO2) verwendet wird.
  11. ο Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Suspension ein mit 50 Vol.-% Wasser verdünntes Grundgemisch aus 23,2 Gew.-% Ti0„, 0,2 Gew.-% Silikaten, 0,3 Gew.-% Tetrachlorisophthalonitril, 3,1 Gew.-% Polyesterharz, 16,9 Gew.-% Acrylharz und 56,3 Gew.-% abdampfbarer Flüssigkeit (Wasser) verwendet wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchzeit des Gitterrohlings (12) in die Suspension ca. 30 s beträgt.
    13= Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Trocknungszeit für die fertige Dichtung (14) ca. 30 min bei Raumtemperatur beträgt.
DE19833329056 1983-03-16 1983-08-11 Impraegnierte auspuffdichtung Withdrawn DE3329056A1 (de)

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