DE3339434C2 - Flachdichtungsplatte und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Flachdichtungsplatte und Verfahren zu deren Herstellung

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Abstract

Um eine Flachdichtungsplatte, bei der mindestens eine Seite von einer Graphitfolie gebildet ist, deren Oberfläche mit einer an das Ankleben der Graphitfolie an einer Gegenfläche verhindernden an die Haftschicht versehen ist, derart zu verbessern, daß die Antihaftschicht billig und einfach herzustellen ist, wird vorgeschlagen, daß die Antihaftschicht als Trennmittel Graphit enthält und diese durch Beschichten mit einer Graphit aufweisenden Masse auf der Oberfläche der Graphitfolien hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Flachdichtungsplatte für Verbrennungsmotoren, 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, welche ein Trennmittel sowie ein sich bei der Motorbetriebstemperatur zersetzendes Bindemittel enthält Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Flachdichtungsplatte.
Bei Flachdichtungen, wie Zylinderkopfdichtungen, bei denen die Dichtflächen von Graphrtfolien gebildet werden, ist es bekannt, daß die Graphitfolien bei eingebauter Flachdichtung dazu neigen, an den gegen sie angepreßten Gegenflächen anzukleben. Dieses Ankleben beruht darauf, daß die an den Oberflächen der Graphitfolie bei Betriebstemperaturen entstehenden Nebenvalenzkräfte des Graphits, die sonst durch Wassermoleküle abgesättigt sind, im eingebauten Zustand der Dichtung wieder frei werden, da bei höheren Tempera-
lj türen die Wassermoleküle ausgetrieben werden, so daß die Nebenvalenzen des Graphits mit den freien Elektronen der in den Gegenflächen, z. B. von Zylinderkopf und Motorblock, vorhandenen Elemente in Wechselwirkung treten.
Die dadurch entstehenden Haftkräfte zwischen den Graphitpartikeln an der Oberfläche einer Graphitfolie und der gegen diese angepreßten Gegenfläche sind größer als die innere Festigkeit der Graphitfolie, 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 bjsiben und mühsam entfernt werden müssen, wobei die Gefahr besteht, daß dabei in der Gegenfläche Kratzer entstehen und die von der Gegenflä-
ehe entfernten Graphitfolienteilchen in öffnungen des abzudichtenden Maschinenteils gelangen; letzteres ist besonders bei Zylinderkopfdichtungen nachteilig, denn dort können die am Zylinderkopf oder Motorblock haften gebliebenen Graphitfolienreste in den öl- und/oder Wasserkreislauf des Verbrennungsmotors gelangen und später Störungen verursachen. Aus diesen Gründen fordert z. B. die Automobiiindustrie nichtkiebende und zerstörungsfrei demontierbare Zylinderkopfdichtungen.
Dem Techniker sind eine Vielzahl von Antihaftschichten bekannt, von denen sich jedoch die meisten für Graphitfolien aus sogenanntem expandiertem Graphit, wie sie für Flachdichtungen verwendet werden, nicht eignen. Dies ist darin begründet, daß bei diesen bekannten Antihaftschichten die Haftkräfte zwischen den letzteren und den abzudichtenden 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 einer Gegen-
jo fläche ebenfalls zerstört würde.
Die einzigen bisher für die Graphitfolien von Flachdichtungen bekanntgewordenen Antihaftschichten werden in der DE-OS 24 41 602 beschrieben. Danach wird vorgeschlagen, Verbindungen mit Schichtgitterstruktur, wie Graphitfluorid, Molybdendisulfid oder Bornitrid, oder aber temperaturbeständige antiadhäsive Polymere, wie Polytetrafluoräthylen und Polyimid, sowie Metallseifen und Phthalocyanine oder Gemische dieser Stoffe in bindemittelhaltigen Lösungen, wie wäßrigen Lösungen von Methylzellulose, zu dispergieren und eine solche Dispersion dann auf die Graphitfolie aufzusprühen oder aufzupinseln. Die geschilderten Verbindungen mit Schichtgitterstruktur sind aber verhältnismäßig teuer, so daß sie sich bislang nicht durchzusetzen vermochten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei unter Verwendung von Graphitfolien hergestellten Flachdichtungsplatten auf billigere Weise ein Anhaften an
3 4
gegeneinander abzudichtenden Gegenflächen wirksam stoff, so daß sich die Airtihaftschicht bei einem Ausbau zu verhindern, und ausgehend von einer Flachdich- der Flachdichtung in sich auflöst und eine zerstörungstungsplatte der eingangs erwähnten Art läßt sich diese freie Demontage der Flachdichtung ermöglicht Ein et-Aufgabe erfindungsgemäß dadurch lösen, daß das wa verwendetes Bindemittel sollte keinerlei thermopla-Trennmittel als Hauptbestandteil Graphit enthält, der 5 stische Eigenschaften aufweisen, um im Motorbetrieb zumindest zur Hälfte aus mikrokristallinem Pudergra- nicht die Gefahr einiäs Verklebens der Flachdichtung phit besteht Bei der Erprobung der erfindungsgemäßen mit den Gegenflächen entstehen zu lassen.
Lösung stellte sich nicht nur überraschender Weise her- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfinaus, daß einfacher Graphit selbst auf einer Graphitfolie dung enthält die Antihaftschicht Glimmer, welcher aufein wirksames Trennmittel ergibt, sondern daß es gera- to grund semer Plättchensitruktur als zusätzliches Trennde der billigste Graphit, nämlich Pudergraphit, ist, wel- mittel wirkt
eher zu völlig ausreichenden Ergebnissen führt Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform
Die Wirkung von Graphit als Trennmittel besteht im enthält die AntihaftscMcht ungefähr zu 2/3 Graphit. Da-
voriiegenden Fall darin, daß es im Gegensatz zu dem im bei ist es günstig, wenn die Graphitschicht ungefähr zu
Stand der Technik erwähnten Graphitfluorid (mit durch 15 1/5 Kolloidgraphit enthält Die Verwendung der beiden
Fluor abgesättigten Valenzen) durch seine Nebenvalen- unterschiedlichen Graphitmodifikationen bringt den
zen analog dem Graphit der Graphitfolien zwar an den Vorteil mit sich, daß zum einen der mikrokristalline Pu-
Gegenflächen haftet, daß jedoch die Verbundkräfte dergraphit eine flächendeckende Antihaftschicht mit
zwischen dem als Trennmittel verwendeten Graphit in- der notwendigen Dicke bildet und jum anderen die
nerhalb der Antihaftschicht noch geringer sind als die 20 Oberflächenrauhigkeit der Schicht aus mikrokristalli-
innerhalb der Graphitfolie zwischen deren Graphitpar- nem Pudergraphit durch den zusätzlichen Anteil von
tikeln wirkenden Verbundkräfte. Verwendet man für Kolloidgraphit wesentlich verringert ? ird.
die Antihaftschicht ein Bindemittel, so muß es allerdings Die Antihaftschicht kann auf die Graphitfolie z.B.
ein solches sein, das innerhalb der Antihaftschient nur zu aufgespritzt oder aufgewalzt werden, worauf dann vor-
einem äußerst lockeren Vecbund führt; dies ist dann der 25 zugsweise bei Temperaturen von ca. 120° bis ca. 14O0C
Fall, wenn sich das Bindemittel im Motorbetrieb bei den getrocknet wird. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren
auf die Flachdichtung einwirkenden Temperaturen zer- zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Flachdich-
setzt tungsplatte zeichnet sich dadurch aus, daß eine Masse
Bei Zylinderkopfdichtungen mit Weichstoffschichten aus 22 Gewichtsteilen Wasser und einem Gewichtsteil aus Kunststoff-gebundenen Asbestfasern war es zwar 30 Methylzellulose als Bindemittel sowie 12 Gewichtsschon bekannt (DE-PS 9 32 530), für eine Oberflächen- teilen Wasser, 6 Gewichtsteilen Isopropanol. 4 Gebehandlung der Weichstoffschichten Graphit zu ver- wichtsteilen Bentonit 25 Gewichtsteilen Kolloidgrawenden, um ein Festkleben der Zylinderkopfdichtungen phitdispersion (3Οο/<% in Wasser), 24 Gewichtsteilen mian den Dichtflächen nach Möglichkeit zu verhindern. krokristallinem Pudergraphit, 3 Gewichtsteilen Mica-Dabei wird jedoch empfohlen, freie Valenzen durch eine 35 Glimmer und 3 Gewichtsteilen Farbpaste auf die Graintensive Gammabestrahlung abzusättigen. Da man nun phitfolie aufgetragen wird.
bei Flachdichtungsplatten der eingangs erwähnten Art Die Verwendung von Isopropanol in der Beschich-
die Neigung der Graphitfoiien zum Ankleben an Ge- iungsmasse hat den Vorteil, daß die Benctzungsfähig-
genflächen auf die an den Graphitfolien-Oberflächen keit der Graphitfolie durch die Masse verbessert wird.
Motorbetrieb entstehenden Nebenvalenzkräfte des 40 und das Bentonit bietet den Vorteil, daß es als Thivotro-
Graphits zunickführt, vermochte die DE-PS 9 32 530 piemittel das Absetzen des Graphits vermeidet und eine
die Verwendung von Graphit als Trennmittel für Gra- gute Verarbeitbarkeit der Masse während des Aufbrin-
phitfolien ohne eine solche Gammabestrahlung nicht gens gewährleistet
nahezulegen; vielmehr würde eine Anwendung der Leh- Beim Aufbringen der Antihaftschicht ist es schließlich
re nach der DE-PS 9 32 530 zwangsläufig zu dem Ge- 45 günstig, wenn das Beschichten mit der Graphit enthal-
danken führen, die Graphitfolien selbst einer intensiven tenden Masse als letzter Schritt bei der Herstellung ei-
Gammabesirahlung auszusetzen und, dadurch freie Va- ner Flachdichtung durchgeführt wird, um Kratzer und
lenzen abzusättigen, um so auf eine Antihaftschicht Riefen, die bei der Herstellung der Flachdichtungsplatte
gänzlich verzichten zu können. auf deren Graphitfollie entstehen können, abzudecken
Beim Ablösen einer erfindungsgemäßen Flachdich- 50 und auszufüllen. Allerdings ist es bei Flachdichtungen tungsplatte von den Ge^enflächen wird die Antihaft- mit durch Metallblech eingefaßten öffnungen zweckschicht in sich zerstört, so daß die Graphitfolie der mäßig, dafür zu sorgen, daß diese Metallblecheinfassun-Flachdichtungsplatte nicht an einer Gegenfläche ankle- gen metallisch blank bleiben, um zu verhindern, daß sich ben und die Flachdichtung infolgedessen zerstörungs- auf ihren Oberflächen irn Betrieb riefenartig Verschleißfrei demontiert werden kann. Die auf den Gegenflächen 55 sparen ergeben können. In diesem Fall wird also emphaftenden, mikroskopisch dünnen Teilchen der zerrisse- fohlen, die Antihaftschicht nach dem Stanzen der Dichnen Antihaftschicht stellen keinen Nachteil dar, da sich tungsplatte, jedoch vor dem Anbringen der Sinfassundiese in einfacher Weise mit einem Tuch abwischen las- gen aufzutragen,
sen. Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevor-
Es ist von Vorteil, wenn das Trennmittel Kolloidgra- eo zugten Ausführun»jsbeispiels näher erläutert: in der
phit enthält, denn letzteres ergibt eine extrem glatte Zeichnung zeigt
Antihaftschicht. F i g. 1 eine schemsitische, perspektivische Ansicht ei=
Verwendet man wie beim Stand der Technik Methyl- ner Flachdichtungsplatte und
Zellulose als Bindemittel, so verleiht diese dem eigentli- F i g. 2 eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in F i g. 1.
chen Trennmittel, d. h. dem Graphit, eine gute Haftung 65 F i g. 1 zeigt eine Flachdichtungsplatte 10 der gat-
auf der Oberfläche der Graphitfolie. Nach dem Einbau tungsgemäßen Art .pit zwei Durchgangsöffnungen 12
der Flachdichtung zersetzt sich die Methylzellulose bei und 14. Dabei kann es sich sowohl um eine fertige Fl ach-
der Motorbetriebstemperatur thermisch zu Kohlen- dichtung als auch um eine Flachdichtungsplatte handeln.
bei der noch weitere Durchgangsöffnungen ausgestanzt werden müssen oder, wie z. B. bei Zylinderkopfdichtungen, die Durchgangsöffnungen noch mit Metallblecheinfassiingen zu versehen sind.
Wie in F i g. 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 to üblichen Graphitfolie 18 versehen. Die Graphitfolien 18 können entweder auf das glatte Trägerblech 16 aufgeklebt (F i g. 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 F i g. 2 gezeigten Beispiel einer Flachdichtungsplatte 10 sind noch weitere Ausführungsfor- men 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 Quellzeit werden beide Ansätze gemischt und verrührt wobei gleichzeitig 24 Teile mikrokristalliner Pudergraphit 3 Teile Mica-Glimmer, 3 Teile Färb- paste 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 Trocknungsprozeß bei 120° bis 1400C unterzogen.
Nach dem Trocknungsprozeß ist die entstandene Antihaftschicht 22 weitgehend griffest und weist eine Schichtdicke im Bereich von 5 ± 2 Mikrometer auf.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
65

Claims (10)

Patentansprüche:
1. Flachdichtungsplatte für Verbrennungsmotoren, bei der mindestens eine Seite von einer Graphitfolie gebildet ist, deren freie Oberfläche mit einer das Ankleben der Graphitfolie an einer Gegenfläche verhindernden Antihaloschicht versehen ist, welche ein Trennmittel sowie ein sich bei der Motorbetriebstemperatur zersetzendes Bindemittel enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmittel als Hauptbestandteil Graphit enthält, der zumindest zur Hälfte aus mikrokristallinem Pudergraphit besteht
2. Flachdichtungsplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmittel Kolloidgraphit enthält.
3. Flachdichtungsplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht (22) Glimmer enthält
4. Fladispchtungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Antihaftschicht (22) ungefähr zu 2/3 Graphit enthält
5. Flachdichtungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht (22) ungefähr zu 1/5 Kolloidgraphit enthält.
6. Flachdichtungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht (22) in Gewichtsteilen ungefähr 2% Methylzellulose, ungefähr 9% Bentonit, ungefähr 19% Kolloidgrapnit, ungefähr 56% Pudergraphit, ungefähr 7% Glimmer und ungeulhr 7% Farbpaste enthält.
7. Flachdichtungsplatte nacf einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antihaftschicht (22) eine Dicke im Bereich von 3 bis 200 Mikrometer aufweist
8. Flachdichtungsplatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Antihaftschicht (22) 5 ± 2 M ikrometer beträgt
9. Verfahren zur Herstellung einer Flachdichtungsplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Masse aus 22 Gewichtsteilen Wasser und einem Gewichtsteil Methylzellulose als Bindemittel sowie 12 Gewichtsteilen Wasser, 6 Gewichtsteilen Isopropanol, 4 Gewichtsteilen Bentonit, 25 Gewichtsteilen Kolloidgraphitdispersion (30%ig in Wasser), 24 Gewichtsteilen mikrokristallinem Pudergraphit 3 Gewichtsteilen Mica-Glimmer und 3 Gewichtsteilen Farbpaste auf die Graphitfolie aufgetragen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, 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 Quellprozeß unterworfen werden.
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