DE3707598A1 - Weichstoffflachdichtung fuer insbesondere verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Weichstoffflachdichtung für bevorzugt Verbrennungskraftmaschinen, wie eine Zylinderkopfdichtung, eine Auspuffflanschdichtung oder eine Nebendichtung, bestehend aus einem Laminat mit Graphitplatten oder Graphitfolien und gegebenenfalls einer metallischen Verstärkungsplatte.

Ursprünglich aus Asbestfaservliesen bestehende Weichstoffflachdichtungen werden heute schon vielfach aus asbestfreien Weichstoffen hergestellt. Für Zylinderkopfdichtungen von Verbrennungskraftmaschinen sind vor allem wegen ihres guten Verformungsverhaltens und ihrer erhöhten Temperaturbeständigkeit Dichtungen aus Graphitplatten- oder Graphitfolienlaminaten mit gegebenenfalls zur Verstärkung einliegenden Metallblechen bekannt.

Nachteilig bei Graphitdichtungen ist das Kleben des Graphitmaterials an den Dichtflächen des Motors unter Betriebsbedingungen. Offensichtlich schon allein aufgrund der Schichtgitterstruktur des Graphits wird das Kleben unter Druck, Temperatur und Medieneinfluß begünstigt. Durch das Kleben können Funktionsstörungen der Dichtungen entstehen und sie müssen vielfach bei Reparaturarbeiten am Motor durch neue Dichtungen ausgetauscht werden. Aus diesem Grund hat man daher nach der GB-PA 21 31 500 Dichtungen aus expandiertem Graphit mit ganz- oder teilflächigen Beschichtungen aus Furanharz, das eine entsprechende Antiklebwirkung besitzt, überzogen.

Graphitfolien oder Graphitplatten, die durch Verpressen der losen Graphitteilchen hergestellt werden, besitzen darüber hinaus nur eine geringe Festigkeit. Beim Stanzen der Dichtungen aus den Graphitplatten oder Folien können vielfach Schichtausbrüche an den Stanzkanten entstehen, oder vor allem in relativ schmalen Zonen, zum Beispiel im Stegbereich zwischen den nebeneinanderliegenden Brennraumöffnungen einer Zylinderkopfdichtung für Mehrzylindermotoren, können sich bei der Handhabung Risse mit nachfolgenden Ausbrüchen bilden. Ähnlich wie bei Faservliesdichtungen werden daher den Graphitmassen organische Bindemittel, wie zum Beispiel nach der GB-PS 15 76 601 elastomere Bindemittel oder der US-PS 42 34 638 Kunstharzbindemittel, hinzugegeben, welche die Festigkeit des Graphitmaterials erhöhen.

Wegen der pulverförmigen Form der Graphitteilchen sind aber dann hohe Bindemittelanteile von bis zu 30 Gewichtsprozent oder mehr für eine ausreichende Festigkeit und Abdichtgüte erforderlich. Solche Graphitmaterialien sind aber dann schon zu hart, das Stanzen der Dichtungen wird wesentlich erschwert und hohe organische Bindemittelanteile in der Dichtung setzen ihre angestrebte hohe Temperaturbeständigkeit und ihre Verformungseigenschaften wesentlich herab. Nach beispielsweise der FR-PA 25 34 851 wurden daher Graphitplatten mit wenig organischen Bindemittelanteilen etwa 14 Gewichtsprozent organische Fasern zur Erhöhung der Festigkeit hinzugefügt, allerdings ist es aufwendig, und schwierig, beim Verpressen des Graphits diese Fasern gleichmäßig mit voller Wirkung im Graphit zu verteilen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, dessen Graphitmaterial bei guten Verformungseigenschaften und guter Temperaturbeständigkeit auch eine die Verarbeitung ermöglichende gute Festigkeit bei geringer Klebneigung und Ausbruchssicherheit besitzt. Die Dichtung soll darüber hinaus einfach und kostensparend herstellbar sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Flachdichtung gelöst, deren Graphitmaterial im Graphit über den Querschnitt gleichmäßig verteilt ein Bindemittel und eine dem Kleben entgegenwirkende Substanz enthält. Vorzugsweise enthält das Graphitmaterial zwischen 1 und 15 Gewichtsprozent Bindemittel und zwischen 0,5 und 10, vorzugsweise aber etwa 3 Gewichtsprozent dem Kleben entgegenwirkende Substanz.

An in Versuchen hergestellten Plattenmaterialien wurden an und für sich überraschenderweise in Testversuchen gute Dichtungseigenschaften festgestellt. Offensichtlich scheint es bei der Dichtung auf das Zusammenwirken der organischen Bindemittel und der dem Kleben entgegenwirkenden Substanzen anzukommen. Die fein verteilten dem Kleben entgegenwirkenden Substanzen bewirken schon alleine die Klebfreiheit der Dichtung an den Dichtflächen. Beim Stanzen machen aber die dem Kleben entgegenwirkenden Substanzen die Dichtung geschmeidiger, die Mittel wirken als Gleitmittel und trotz relativ geringer Bindemittelanteile kann es an den Stanzrändern nicht mehr zu Graphitausbrüchen kommen. Analog ist die geschmeidigere Dichtung leichter handhabbar und Risse, etwa im Stegbereich, können nicht mehr auftreten. Bindemittel und die dem Kleben entgegenwirkende Substanz verbessern zugleich die Querschnittsdichtigkeit der Dichtung. Neben der Porenausfüllung wirken die dem Kleben entgegenwirkenden Substanzen wasserabweisend und ölabstoßend und verstärken die Abdichtwirkung gegenüber den Abdichtungsmedien. Eine sonst an und für sich zur Verbesserung der Querschnittsdichtigkeit übliche Imprägnierung des Weichstoffs entfällt. Durch die im Graphitplattenmaterial anwesenden geringen Mengen an organischen Substanzen bleiben die Dichtungseigenschaften des Graphits in bezug auf die Verformungs- und Temperatureigenschaften erhalten. Als Kunstharzbindemittel werden bevorzugt duroplastische Kunstharze, wie Epoxidharze, Melaminharze oder Phenolharze, verwendet, die in reaktiver Form gegebenenfalls zusammen mit Vernetzern und Vernetzungshilfsmitteln den Graphitmassen zugegeben und danach in verpreßtem Plattenmaterial bevorzugt thermisch ausgehärtet werden. als elastomere Bindemittel werden bevorzugt entsprechend beständige Fluorelastomere, Silikonelastomere oder Nitrilbutadienelastomere verwendet, die in Form ihrer vulkaniniserbaren Kautschukmischungen oder als Latex den Graphitmassen zugegeben und danach im verpreßten Graphitmaterial thermisch vulkanisiert werden.

Die dem Kleben entgegenwirkenden Substanzen bestehen bevorzugt aus Metallseifen oder synthetischen Wachsen oder aber auch aus feinen Polytetrafluorethylenteilchen. Als Metallseifen können zur optimalen Antiklebwirkung Metallsalze organischer Säuren mit bevorzugt mehr als 12 Kohlenstoffen verwendet werden. Besonders gute Wirkungen zeigten Palmitate, Stearate, Behenate, Arachinate oder Montanate der Metalle Natrium, Lithium, Calcium, Aluminium, Magnesium, Zink oder Zinn. Die synthetischen Wachse besitzen bevorzugt einen Erweichungspunkt oberhalb der Einsatztemperaturen von etwa 115°C und bestehen ausFettsäureamiden (Amidwachs), Esterwachsen oder Kohlenwasserstoffwachsen (Montanwachsen). Als Fluorpolymere werden bevorzugt micronisierte Polytetrafluorethylenteilchen mit einem Durchmesser bis zu maximal 0,1 mm verwendet.

Zusammen mit den Bindemitteln können den Graphitmassen gleichzeitig haftvermittelnde Substanzen, wie Silane oder organische Titane, zugegeben werden, die die Wirkung der Bindemittel erhöhen und zugleich kann die Haftung von bei Dichtungen üblichen Auflagen oder Überzügen zu den Dichtungen verbessert werden. Zur Verbilligung des Graphitmaterials kann in der Dichtungsplatte ein Teil des Graphits durch billigere Füllstoffe wie Glimmer, Schwerspat oder dergleichen ersetzt sein, wobei maximal diese Füllstoffe zu etwa 50 Gewichtsprozent den Graphit ersetzen.

Durch die Erfindung ist somit eine Flachdichtung auf der Basis von Graphitplattenmaterial geschaffen, die sich als asbestfreie Dichtung in Verbrennungskraftmaschinen, vor allem als Zylinderkopfdichtung, Auspuffflanschdichtung oder Nebendichtung eignet. Die Herstellung der Dichtung erfordert außer dem Einmischen der Zusatzstoffe keine zusätzlichen verteuernden Verfahrensschritte. Durch den möglichen Ersatz des teuren bevorzugt expandierten Graphitmaterials durch preiswertere Füllstoffe können vorteilhaft die Materialkosten der Dichtung gesenkt werden. Außer für Verbrennungskraftmaschdinen sind die Dichtungen auch für ähnlich beanspruchte Abdichtungsfälle, zum Beispiel in chemischen Apparaten, geeignet.

Claims (9)

1. Weichstoffflachdichtung für bevorzugt Verbrennungskraftmaschinen, wie insbesondere eine Zylinderkopfdichtung, Auspuffdichtung oder sonstige Nebendichtung, bestehend aus einem Laminat mit mindestens einer Graphitplatte oder Graphitfolie und gegebenenfalls einer metallischen Verstärkungsplatte, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitmaterial über den Querschnitt gleichmäßig verteilt Bindemittel und eine dem Kleben entgegenwirkende Substanz enthält.

2. Weichstoffflachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitmaterial zwischen 1 und 15 Gewichtsprozent Bindemittel und 0,5 und 10 Gewichtsprozent dem Kleben entgegenwirkende Substanzen enthält.

3. Weichstoffflachdichtung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittel Kunstharze, Elastomere und/oder anorganische Substanzen sind.

4. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Bindemittel als duroplastische Kunstharze in reaktiver Form, als Kautschukmischung oder Latex zusammen mit den gegebenenfalls erforderlichen Vernetzungsmitteln, Vernetzungshilfsmitteln und/oder Vernetzungskatalysatoren den Graphitmassen zugegeben sind, und daß die organischen Bindemittel in der fertig gepreßten Graphitplatte ausgehärtet, vernetzt und/oder vulkanisiert sind.

5. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kleben entgegenwirkende Substanz aus Metallseifen, synthetischen Wachsen und/oder bevorzugt mikronisiertem Polytetrafluorethylen in pulvriger bis feinkörniger Form besteht.

6. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallseifen aus Metallsalzen organischer Säuren mit mehr als 12 C-Atomen bestehen.

7. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wachse aus Fettsäureamiden (Amidwachs), Esterwachsen und/oder Kohlenwasserstoffwachsen (Montanwachsen) mit einem Erweichungspunkt oberhalb 115°C bestehen.

8. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitmaterial haftvermittelnde Zusätze aus organischen Titanaten und/oder Silanen enthält.

9. Weichstoffflachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Graphitmaterial das Graphit bis zu 50 Gewichtsprozent anorganische Füllstoffe enthält.