DE3339434A1

DE3339434A1 - Flachdichtungsplatte und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE3339434A1
Application number: DE19833339434
Authority: DE
Inventors: Eugen Ing.(grad.) 7432 Urach Ruoff
Original assignee: Elring Dichtungswerke GmbH
Current assignee: Elring Dichtungswerke GmbH
Priority date: 1983-10-29
Filing date: 1983-10-29
Publication date: 1985-05-15
Also published as: DE3339434C2

Description

Flachdichtungsplatte und Verfahren
zu deren Herstellung Die Erfindung betrifft eine Flachdichtungsplatte, bei der mindestens eine Seite von einer Graphitfolie gebildet ist, deren freie Oberfläche mit einer das Ankleben der Graphitfolie an einer Gegenfläche verhindernden Antihaftschicht versehen ist.
Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eirer Flachdichtungsplatte der obengenannten Art.
Bei derartigen Flachdichtungsplatten ist es bekannt, daß die Graphitfolien die Eigenschaft haben, im eingebauten Zustand an den gegen sie angepressten Gegenflächen anzukleben. Dieses Ankleben beruht darauf, daß die an den Ober-£lächen entstehenden Nebenvalenzkräfte des Graphits, die im Normalfall durch Wassermoleküle abgesättigt sind, im eingebauten Zustand wieder frei werden, da vor allem bei höheren Temperaturen die Wassermoleküle ausgetrieben werden, und mit den freien Elektronen der in der Gegenfläche vorhandenen Elemente in Wechselwirkung treten. Die dadurch entstehenden Haftkräfte zwischen dem Graphit an der Oberfläche der Graphitfolie und der Gegenfläche sind grösser als die innere Festigkeit der Graphitfolie, d.h. die Wechselwirkung des Graphits innerhalb dieser Folie, so daß beim Ablösen der Flachdichtung von der Gegenfläche die Graphitfolie in sich zerreisst, somit der Folienverbund zerstört wird, Teile der Graphitfolie an der Gegenfläche kleben bleiben und mühsam entfernt werden müssen, wobei die Gefahr besteht, daß dabei auf den Gegenflächen Kratzer entstehen. Dies ist besonders nachteilig bei Flachdichtungen, die als Zylinderkopfdichtungen verwendet werden, da beim Entfernen der Teile der Graphitfolien von den Gegenflächen von Zylinderkopf und Motorblock ausserdem die Gefahr besteht, dass Dichtungsreste in den öl- und Wasserkreislauf des Motors gelangen und später Störungen verursachen.
Aus diesen Gründen fordern die Autohersteller nichtfclebende und zerstörungsfrei demontierbare Zylinderkopfdichtungen.
Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Antihaftschichten bekannt, von denen sich jedoch die meisten als Antihaftschichten für Graphitfolien nicht eignen.
Dies ist darin begründet, daß bei diesen Antìhaf-schlchten die Haftkräfte zwischen den Antihaftschichten und den Gegenflächen, die Verbundkräfte innerhalb der Antihaftschichten und die Haftkräfte zwischen den Antihaftschichten und der Graphitfolie grösser sind als die Verbundkräfte innerhalb der Graphitfolie, so daß diese beim Ablösen von den Gegenflächen ebenfalls zerstört wird.
Die einzigen bisher bekannten Trennmittel für Antihaftschichten von Graphitfolien werden in der DE-OS 24 41 602 beschrieben. Es sind Verbindungen mit Schichtgitterstruktur wie Molybdänsulfid, Bornitrid und Graphitfluorid, wobei beim Graphitfluorid eine Valenz durch das Fluor abgesättigt ist, sowie temperaturbeständige antiadhäsive Polymere wie Polytetrafluoräthylen und Polyimid sowie Metallseifen und Phthalocyanine oder Gemische dieser Stoffe. Bei all diesen Stoffen ist das Herstellen der Antihaftschicht sehr aufwendig, da die genannten Trennmittel aufgebracht und in mehreren Verfahrensschritten in die Graphitfolie eingewalzt werden müssen. Teilweise ist vor dem Einwalzen in die Graphitfolien noch ein Einbrennen der aufgebrachten Schicht notwendig. Ausser diesem aufwendigen Herstellungsverfahren sind die vorher genannten Stoffe auch noch relativ teuer und können nur auf die Flachdichtungsplatte~vor Ausstanzen der Durchgangsöffnungen aufgebracht werden, so daß durch die beim Ausstanzen entstehenden Abfälle noch grosse Verluste der teueren Trennmittel auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtungsplatte der gattungsgemässen Art derart zu verbessern, daß die Antihaftschicht ein billiges und einfach auf die Graphitfolien aufzubringendes Trennmittel umfasst. Diese Aufgabe wird bei einer Flachdichtungsplatte der gattungsgemässen Art dadurch gelöst, daß die Antihaftschicht als Trennmittel Graphit enthält.
Die völlig überraschende Wirkung des leicht aufzubringenden und billigen Graphits auch als Trennmittel besteht darin, dass es im Gegensatz zu dem im Stand der Technik erwähnten Graphitfluorid mit abgesättigten Valenzen durch seine Nebenvalenzen analog dem Graphit der Graphitfolien zwar an den Gegenflächen haftet, daß jedoch die Verbund-kräfte zwischen dem als Trennmittel verwendeten Graphit in der Antihaftschicht innerhalb derselben noch geringer sind als die Verbundkräfte zwischen dem Graphit in der Graphitfolie, vor allem dann, wenn man als Bindemittel für das Graphit der Antihaftschicht ein solches verwendet, das nur zu einem lockeren Verbund innerhalb der Antihaftschicht führt. Dies führt dazu, daß beim Ablösen der Dichtungsplatte von den Gegenflächen die Antihaftschicht in sich reisst und somit die Graphitfolie der Flachdichtungsplatte nicht an den Gegenflächen ankleben kann und ohne Zerstörung demontierbar ist. Die auf den Gegenflächen haftenden, mikroskopisch dünnen Teile der zerrissenen Antihaftschicht stellen keinen Nachteil dar, da diese in einfacher Weise mit einem Tuch abgewischt werden können.
Dabei ist es günstig, wenn das Trennmittel mikrokristallinen Pudergraphit enthält. Dieser ist als Trennmittel am besten geeignet, da er die Folienoberfläche in Schichten vollständig bedeckt und eine Antihaftschicht mit der notwendigen Dicke ergibt.
Ausserdem ist es von Vorteil, wenn das Trennmittel Kolloidgraphit enthält. Der Vorteil des Kolloidgraphits besteht darin, daß dieser eine extrem glatte Antihaftschicht ergibt.
Bei dem der Fixierung des Trennmittels auf der Dichtungsplatte dienenden Bindemittel handelt es sich vorteilhafterweise um Methylzellulose. Der Vorteil von Methylzellulose ist, daß diese vor dem Einbau der Flachdichtungsplatte dem eigentlichen Trennmittel eine gute Haftung auf der Oberfläche der Graphitfolie verleiht und bei der Antihaftschicht die notwendige Stabilität und Griffestigkeit gewährleistet. Nach dem Einbau der Dichtungsplatte zersetzt sich die Methylzellulose im Motorbetrieb thermisch zu Kohlenstoff, so daß dadurch der Zusammenhalt innerhalb der Antihaftschicht so schlecht wird, daß diese beim späteren Ablösen der Graphitfolie von der Gegenfläche reisst und eine zerstörungsfreie Demontage der Flachdichtungsplatte ermöglicht.
Das Bindemittel der Antihaftschicht sollte keinerlei thermoplastische Eigenschaften aufweisen, um nicht die Gefahr eines Verklebens der Dichtungsplatte mit den Gegenflächen im Motorbetrieb entstehen zu lassen.
Desweiteren ist es günstig, wenn die Antihaftschicht Glimmer enthält. Dieser wirkt in vorteilhafter Weise aufgrund seiner Plättchenstruktur als zusätzliches Trennmittel.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Antihaftschicht ungefähr zu 2/3 Graphit enthält.
Dabei ist es günstig, wenn die Antihaftschicht ungefähr zur Hälfte mikrokristallinen Pudergraphit und ungefähr zu 1/5 Kolloidgraphit enthält. Die Verwendung der zwei unterschiedlichen Graphitmodifikationen bringt den Vorteil, daß zum einen der mikrokristalline Pudergraphit eine flächendeckende Antihaftschicht mit der notwendigen Dicke bildet und zum andern die Oberflächenrauhigkeit der Schicht aus mikrokristallinem Pudergraphit durch zusätzliche Anteile von Kolloidgraphit wesentlich geringer ist.
Eine besonders vorteilhafte Zusammensetzung der Antihaftschicht enthält deshalb ungefähr 2 % Methylzellulose, ungefähr 9 % Bentonit, ungefähr 19 % Kolloidgraphit, ungefähr 56 % Pudergraphit, ungefähr 7 % Glimmer und ungefähr 7 % Farbpaste.
Bei der Ausgestaltung der Antihaftschicht ist es von Vorteil, wenn diese eine Dicke im Bereich von 3 bis 200 ßm, vorzugsweise von 5 +2 Am, aufweist.
Desweiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zum Herstellen und Aufbringen der erfindungsgemässen Antihaftschicht zu entwickeln.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, daß die Antihaftschicht durch Beschichten der freien Oberfläche der Graphitfolie mit einer Graphit aufweisenden Masse hergestellt wird.
Dabei ist es günstig, wenn als erster Schritt beim Beschichten die Graphit aufweisende Masse in einem Spritzverfahren aufgebracht wird.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist es vorgesehen, daß als erster Schritt beim Beschichten die Masse in einem Walzenverfahren aufgebracht wird.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn als weiterer Schritt die Graphit aufweisende Masse einem Trocknungsprozess bei ca. 120 bis 140° C unterzogen wird.
Zur Herstellung einer speziellen Antihaftschicht ist es günstig, wenn eine Masse aus 22 Teilen Wasser und 1 Teil Methylzellulose als Bindemittel sowie 12 Teilen Wasser, 6 Teilen Isopropanol, 4 Teilen Bentonit, 25 Teilen Kolloidgraphitdispersion (30 %ig in Wasser), 24 Teilen mikrokristallinem Pudergraphit, 3 Teilen Mica-Glimmer und 3 Teilen Farbpaste verwendet wird. Die Verwendung von Isopropanol in der Beschichtungsmasse hat den Vorteil, daß die Benetzungsfähigkeit der Graphitfolie durch diese Masse verbessert wird, und das Bentonit bietet den Vorteil, daß es als Thixotropiemittel das Absetzen des Graphits vermeidet und eine gute Verarbeitbarkeit der Masse während des Aufbringens gewährleistet.
Dabei ist es von Vorteil, wenn eine Masse verwendet wird, bei welcher jeweils die 22 Teile Wasser und das eine Teil Methylzellulose sowie die 12 Teile Wasser, die 6 Teile Isopropanol und die 4 Teile Bentonit vor Herstellen der Masse einem insbesondere 15-stündigen Quellprozess unterzogen werden.
Beim Aufbringen der Antihaftschicht ist es günstig, wenn das Beschichten mit der Graphit aufweisenden Masse als letzter Schritt beim Verfahren zur Herstellung einer Flachdichtung durchgeführt wird, um Kratzer und Riefen, die bei der Herstellung der Dichtungsplatte auf deren Graphitfolie entstehen können, abzudecken.
Allerdings ist es bei Flachdichtungen mit durch Metallblech eingefassten öffnungen zweckmässig, dafür zu sorgen, dass diese Metallblecheinfassungen metallisch blank bleiben, um zu verhindern, dass sich auf ihren Oberflächen im Betrieb riefenartige Verschleißspuren ergeben können.
In diesem Fall wird also empfohlen, die Antihaftschicht nach dem Stanzen der Dichtungsplatte, jedoch vor dem Anbringen der Einfassungen aufzutragen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. In der Zeichnung zeigen: Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine Flachdichtungsplatte und Figur 2 eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in Figur 1.
Figur 1 zeigt eine Flachdichtungsplatte 10 der gattungsgemässen Art mit zwei Durchgangsöffnungen 12 und 14.
Dabei kann es sich sowohl um eine fertige Flachdichtung als auch um eine Flachdichtungsplatte handeln, bei der noch weitere Durchgangsöffnungen ausgestanzt werden müssen oder, wie z.B. bei Zylinderkopfdichtungen, die Durchgangsöffnungen noch mit Metallblecheinfassungen zu versehen sind.
Wie in Figur 2 zu sehen, umfasst die Flachdichtungsplatte 10 ein ggf. perforiertes oder mit aufgebogenem, nicht dargestellten Zacken versehenen Trägerblech 16, das der Formstabilität der Flachdichtungsplatte 10 dient. Dieses ist auf seiner Ober- und Unterseite mit je einer im Handel erhältlichen und für Flachdichtungen üblichen Graphitfolie 18 versehen. Die Graphitfolien 18 können entweder auf das glatte Trägerblech 16 aufgeklebt (Figur 2) oder auf das perforierte Trägerblech aufgewalzt sein. Auf die vom Trägerblech 16 abgewandten Oberflächen 20 der Graphitfolien 18 ist eine Antihaftschicht 22 aufgebracht, die das Ankleben der Graphitfolien 18 im eingebauten Zustand an Gegenflächen der Flächen 20 verhindert.
Ausser dem in Figur 2 gezeigten Beispiel einer Flachdichtungsplatte 10 sind noch weitere Ausführungsformen denkbar. So kann z.B. das Trägerblech 16 nur auf der Ober-oder Unterseite mit einer Graphitfolie 18 versehen sein, so daß das Trägerblech 16 mit der der Graphitfolie entgegengesetzten Oberfläche direkt auf der abzudichtenden Gegenfläche aufliegt und die Flachdichtungsplatte nur auf der mit der Graphitfolie 18 versehenen Seite mit der Antihaftschicht 22 beschichtet sein muss. Ausserdem ist es möglich, daß die Flachdichtungsplatte 10 überhaupt kein Trägerblech 16 aufweist, sondern nur aus einer oder mehreren Graphitfolien 18 aufgebaut ist. In diesem Fall sind die den abzudichtenden Gegenflächen zugewandten Oberflächen 20 mit der Antihaftschicht 22 zu versehen.
Die Herstellung der Flachdichtungsplatte 10 erfolgt nach folgenden Verfahren: In 22 Teile Wasser wird ein Teil Methylzellulose innerhalb von 5 bis 10 Minuten eingerührt und dieser erste Ansatz 15 Stunden zum Quellen stehengelassen. Gleichzeitig werden in einem zweiten Ansatz 4 Teile Bentonit in 12 Teile Wasser und 6 Teile Isopropanol eingerührt, wobei dieser zweite Ansatz ebenfalls 15 Stunden zum Quellen stehengelassen wird.
Nach der Quell zeit werden beide Ansätze gemischt und verrührt, wobei gleichzeitig 24 Teile mikrokristalliner Pudergraphit, 3 Teile Mica-Glimmer, 3 Teile Farbpaste und 25 Teile einer Kolloidgraphitdispersion (30 % Graphit in Wasser dispergiert) eingerührt werden.
Die dadurch erhaltene Masse wird auf die ansonsten vollständig vorgefertigten Dichtungsplatten 10 aufgewalzt und anschliessend zum Austreiben des Wassers und des Lösungsmittels Isopropanol einem Trocknunqsprozessbei 1200 bis 1400 C unterzogen.
Nach dem Trocknungsprozessist die entstandene Antihaftschicht 22 weitgehend griffest und weist eine Schichtdicke im Bereich von 5 +2 Mikrometer auf.
- Leerselte -

Claims

PATENTANSPRUCHE 1. Flachdichtungsplatte, bei der mindestens eine Seite von einer Graphitfolie gebildet ist, deren freie Oberfläche mit einer das Ankleben der Graphitfolie an eine Gegenfläche verhindernden - Antihaftschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht als Trennmittel Graphit enthält.
2. Flachdichtungsplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmittel mikrokristallinen Pudergraphit enthält.
3. Flachdichtungsplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmittel Kolloidgraphit enthält.
4. Flachdichtungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht (22) als Bindemittel Methylzellulose enthält.
5. Flachdichtungsplätte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht (22) Glimmer enthält.
6. Flachdichtungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht (22) ungefähr zu 2/3 Graphit enthält.
7. Flachdichtungsplatte nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht (22) ungefähr zur Hälfte mikrokristallinen Pudergraphit und ungefähr zu einem Fünftel Kolloidgraphit enthält.
8. Flachdichtungsplatte nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht (22) ungefähr 2 % Methylzellulose, ungefähr 9 % Bentonit, ungefähr 19 % Kolloidgraphit, ungefähr 56% Pudergraphit, ungefähr 7% Glimmer und ungefähr 7 % Farbpaste enthält.
9. Flachdichtungsplatte ach einem der Ansprüche 1 bis e, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht (22) eine Dicke im Bereich von 3 bis 200 Mikrometer aufweist.
10. Flachdichtungsplatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Antihaftschicht (22) bevorzugterweise 5 + 2 Mikrometer beträgt.
11. Verfahren zur Herstellung einer Flachdichtungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht durch Beschichten der freien Oberfläche der Graphitfolie mit einer Graphit aufweisenden Masse hergestellt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Schritt begnBeschichten die Graphit aufweisende Masse in einem Spritzverfahren auf gebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als erster Schritt beim Beschichten die Masse in einem Walzenverfahren aufgebracht wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Schritt die Graphit aufweisende Masse einem Trocknungsprozess unterzogen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknungsprozess bei einer Temperatur von ca.

120 bis 1400C durchgeführt wird.
16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Masse aus 22 Teilen Wasser und einem Teil Methylzellulose als Bindemittel sowie 12 Teilen Wasser, 6 Teilen Isopropanol, 4 Teilen Bentonit, 25 Teilen Kolloidgraphitdispersion (30 %ig in Wasser), 24 Teilen microkristallinem Pudergraphit, 3 Teilen Mica-Glimmer und 3 Teilen Farbpaste verwendet wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Masse verwendet wird, bei welcher jeweils die 22 Teile Wasser und das eine Teil Methylzellulose sowie die 12 Teile Wasser, die 6 Teile Isopropanol und die 4 Teile Bentonit vor Herstellen der Masse einem insbesondere 15-stündigem Quellprozess unterzogen werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichten mit der Graphit aufweisenden Masse als letzter Schritt beim Verfahren zur Herstellung einer Flachdichtung durchgeführt wird.