DE750677C

DE750677C - Hitzebestaendige Flachdichtung

Info

Publication number: DE750677C
Application number: DEG98380D
Authority: DE
Inventors: Karl Ludwig Dr-Ing Diehl
Priority date: 1938-08-02
Filing date: 1938-08-02
Publication date: 1945-01-22

Description

Hitzebeständige Flachdichtung Den Gegenstand der Erfindung bildet eine hitzebeständige Flachdichtung, bestehend aus elastischer Weichstoffmasse mit durchbrochenen Hartstoffeinlagen, z. B. Lochplatten oder Geweben, bei welcher die elastische Weichstoffmasse unter Mitwirkung von Druck und Wärme die Hartstoffeinlage durchdringt und beiderseits bedeckt, insbesondere für Zylinderkopfdichtungen, Auspuffdichtungen u. dgl. bei Brennkraftmaschinen.

Man kennt bereits Dichtungsmittel, die aus einer Drahtgazeschicht gebildet werden, welche mit einem teigartigen Gemisch von Gummilösung, gepulvertem Asbest, Bolus (Tonerde, Ton), Leinöl, Schwefel und Benzin durch Pressung in feste und dichtende Verbindung gebracht und durch die Form des Preßstempels mit erhabenen Dichtungswulsten versehen wird. Derartige Dichtungen sind jedoch, abgesehen von ihrer geringen mechanischen Festigkeit, nicht hitzebeständig im Sinne der heute üblichen hohen Betriebsbeanspruchungen, da das Vorhandensein von organischen Bestandteilen, wie Leinöl, schon bei verhältnismäßig geringen Temperaturen Verharzungen und Verkrustungen bedingt. Dadurch werden ,solche Dichtungen hart und unelastisch, so daß sie sich den Unebenheiten der Dichtflächen nicht mehr anpassen. Deshalb mußte man auch derartige Dichtungen mit erhabenen-Dichtungswulsten 'versehen, um durch örtlich höhere Dichtpressung die Abdichtung etwas zu verbessern.

Ferner sind bereits Dichtungsplatten aus

plastischer :Masse mit Drahtgewebeeinlage

bekannt, wobei die Dichtungsmasse im wesent-

lichen aus Asbest besteht und als Bindemittel

natürlicher Kautschuk verwendet wird. Infolge

des hohen Bestandteils an Faserstoffen be-

sitzen indes solche Dichtungsplatten eine ver-

hältnismäßig geringe Elastizität. Auch ver-

bleiben infolge der sich brückenartig ü>@er

die Drahtgewebe legenden. Faserstränge Ho

räume im Innern der Dichtung, durch d

bei höherer Druck- und Temperaturbea4

sprucheng Undichtigkeiten veranlaßt werden

können. Auch ist zu berücksichtigen: daß

solche Dichtungen mit Drahtgewebeeinlage

in der Regel durch Doublieren von Weich-

stoffschichten miteinander hergestellt werden,

wobei keine genügende Homogenität der

Weichstoffmasse sowie keine innige Um-

schließung der Gewebedrähte gewährleistet

ist. Diese Gefahr besteht in erhöhtem Maße

bei der Verwendung von Drahtlitzengewebe

als Einlage, da hierbei auch die Hohlräume

zwischen den Litzen ausgefüllt werden müßten.

Die durch die erwähnten verschiedenen Um-

stände bedingten Hohlräume können bei der-

artigen Dichtungen zur Ausbildung von Kriech-

wegen innerhalb der Dichtung führen, durch

die das abzudichtende Mittel hindurchtreten

kann. Ferner ist die Wärmeleitung bei solchen

Dichtungen nicht besonders gut, da der hohe

Asbestanteil stark isolierend wirkt. Ein wei-

terer Nachteil der bekannten Dichtungen aus

Asbest mit natürlichem Kautschuk besteht

darin, daß sie leicht an den Dichtflächen fest-

kleben, so daß sie beim Ausbau zerstört wer-

den, wenn sie nicht vorher besonders, z. B.

durch reichliches Bedecken der Dichtungs-

flächen mit Graphit, vorbehandelt sind. Auch

muß die Menge der für die Herstellung

solcher Dichtungen verwendeten, in heutiger

Zeit schwer beschaffbaren hitzebeständigen

Faserstoffe, wie Asbest, verhältnismäßig groß

sein, während die Menge des natürlichen

Kautschuks beschränkt ist, da sonst die Hitze-

beständigkeit der Dichtungsplatte nicht ge-

nügt.

Gebräuchlich sind ferner sog. Metallasbest-

gewebedichtungen. Bei diesen müssen die

Dichtflächen jedoch möglichst eben-sein, und

zwar dürfen die Dichtflächenunebenheiten je

nach Stärke der Dichtung nicht mehr als

o,o5 bis o,t mm betragen. Dies ist darauf

zurückzuführen, daß derartige Dichtungen in-

folge ihrer vorwiegend faserhaltigen Weich-

stofmasse nur eine beschränkte Elastizität

besitzen. Ferner müssen auch diese Dich-

tungen, wie die obenerwähnten, zur Verhinde-

rung des Anhaftens an den Dichtflächen mit

einem starken Graphitüberzug versehen sfin.

In diesem Zusammenhang- sei erwähnt, daß

der Graphitüberzug nach Ausbau der Dich-

tung an den Dichtflächen häufig Graphit-

rückstände hinterläßt, die, wenn sie nicht

sorgfältig von der Dichtfläche entfernt wer-

den, bei Verwendung einer neuen Dichtung

zu Unstimmigkeiten führen können,; denn

solche regellos auf der Dichtfläche vorlian-

denen Rückstände erschweren ein gleich-

iüiges Anliegen der Dichtung, das für die

Erzielung einer genügenden Dichtwirkung un-

ingt erforderlich ist. Außerdem haben

Uiese wie auch die vorher erwähnten be-

kannten faserstoffhaltigen Dichtungen noch

den Nachteil, daß sie selbst nach äußerst

kräftigem, in kaltem Zustand vorgenommenem

Anziehen unter der Betriebswärme nacligebcn,

so daß ein wiederholtes Anziehen erforder-

lich wird.

Schließlich kennt man bereits Dichtungen

aus Naturkautschuk mit Einlagen ans ge-

lochtem, vollkommen glattem Blech. Der-

artige Dichtungen sind jedoch nicht hitze-

beständig, weil die Naturgum)nischicht sich

bei höheren Temperaturen zersetzt. I?s kommt

die geringe Wärmeleitfähigkeit der durch

die Verwendung vollkommen ebener Einlage-

bleche bedingten ununterbrochenen Weich-

stoifisolierschichten, ferner die (ilkislichkeit

sowie die verhältnismäßig geringe Druck-

festigkeit derartiger Schichten hinzu, so daß

besonders aus diesen Gründen derartie Dich-

tungen für hohe Temperaturen und' Druck-

beanspruchungen, wie sie z. B. bei Brenn-

kraftmaschinen auftreten, ungeeignet sind.

Auch bei diesen Dichtungen ist übrigens ein

mehrmaliges Anziehen der Dichtverbindung-

notwendig.

Die Erfindung betrifft eine hitzebeständige

Flachdichtung, bestehend aus elastischer

Weichstoffmasse mit durchbrochenen Hart-

stoffeinlagen, z. B. Lochplatten oder Geweben,

bei welcher die elastische Weichstoffmasse

unter Mitwirkung von Druck und Wärme die

Hartstoffeinlage durchdringt und beiderseits

bedeckt. Uni eine solche hitzebeständige

Flachdichtung für besonders hohe Temperatur-

beanspruchungen, insbesondere für Zylinder-

kopfdichtungen, Auspuffdichtungen u. dgl. hei

Brennkraftmaschinen geeignet zu machen, wird

erfindungsgemäß eine aus künstlichem Kau-

tschuk und anorganischen pulvrigen Füll-

stoffen, wie Schlackenmehl, Kieselkreide oder

Graphit, zusammen mit den üblichen Vulkani-

sationsmitteln u. dgl. bestehende Weichstoff-

masse verwendet, die den Vorteil mit sich

bringt, daß sich keine schädlichen Hohlräume

zwischen der Hartstoffeinlage und der faser-

freien Weichstoffmasse bilden können. Bei

dem Aufbau der neuen Dichtung wird nicht

nur der natürliche Gummi der vorerwähnten

hitzebeständigen Dichtengen, sondern auch

ihr gesamter erheblicher Asbestbestandteil

durch künstlichen Gummi ersetzt. Unter

künstlichem Kautschuk bzw. Gummi wird ein

Kautschuk oder ' Gummi verstanden, der

die wesentlichen Eigenschaften des Natur-

kautschuks oder -gummis besitzt, d. h. vulkani-

sierbar ist und eine hohe Elastizität hat.

Es ließ sich -in keiner Weise voraussehen,

daß ein solcher Ersatz der Faserstoffe durch

das chemisch und physikalisch ganz anders-

artige und sich im allgemeinen ganz anders

verhaltende Material des künstlichen Gummis

mit Erfolg, insbesondere ohne Herabsetzung

der Dichtungsleistung bei hohen Beanspru-

chungen durch Druck und Wärme, möglich

sein würde. Zwar hat man bereits in gewissem

Umfang künstlichen Gummi auf seine Wärme-

beständigkeit hin untersucht und festgestellt,:

daß diese in einem beschränkten Temperatur-

bereich bis etwa i 5o° C höher ist als die

Wärmebeständigkeit des natürlichen Gummis,.

Indes hatte man noch keine abschließenden

Vorstellungen über das Verhalten des künst-

lichen Gummis bei den erheblich höher liegen-

den Temperaturen gewonnen, wie sie z. B. für

Zylinderkopfdichtungen und in noch höherem

Grade für Auspuffdichtungen bei Brennkraft-

maschinen in Flugmotoren zu berücksichtigen

sind. Auch besaß man kein klares Bild von

der Festigkeit, der Härte und anderer für

den vorliegenden Zweck wesentlicher Eigen-

schaften des künstlichen Gummis bei so hohen

Temperaturen, insbesondere bei gleichzeitiger

mechanischer Beanspruchung, wie sie im

praktischen Betrieb auftritt. Es ließ sich des-

halb nicht voraussehen, ob man auf dem vor-

geschlagenen Wege zur Ausbildung brauch-

barer -hitzebeständiger Dichtungen, z. B. für

die bei Zylinderkopfdichtungen oder Auspuff-

dichtungen in Frage kommenden hohen. Tem-

peraturen, gelangen würde.

Es war auch zu befürchten, daß im er-

hitzten künstlichen Kautschuk Cyclisierungs-

erscheinungen auftreten, die leicht zu einer

Erhärtung oder Vers trammung des Vulkanisats

führen und wiederum die Festigkeitseigen-

schaften der Dichtungen ungünstig beein-

flussen könnten.

Schließlich war auch keineswegs vorauszu-

sehen, ob sich eine genügende und dauernde

Verbindung des künstlichen Gummis mit den

Hartstoffeinlagen, z. B. Metalldrahtgeweben,

erzielen ließe. Dabei waren auch die be-

kannten Schrumpfungseigenschaften des künst-

lichen Gummis zu beachten, die sich insbe-

sondere nach längerem Verbleiben des künst-

lichen Gummis in. Heißluft zeigen. Es war

deshalb auch zu befürchten, daß die Dichtung

nach längerem Betrieb durch Schrumpfung

nachlassen werde. Endlich war auch die

verhältnismäßig schlechte Wärmeleitung des

künstlichen Gummis zu berücksichtigen, die

ihn von vornherein als recht ungeeignet für

Zylinderkopfdichtungen erscheinen ließ, da

von Zylinderkopfdichtungen eine verhältnis-

mäßig gute Wärmeleitfähigkeit gefordert wer-

den muß. Es bedurfte also der überwindung

eines in. der Fachwelt allgemein verbreiteten

Vorurteils gegen die Verwendung von künst-

lichem Gummi als Werkstoff für hitzebe-

ständige Dichtungen.

Wider Erwarten sind durch die praktischen

Erfahrungen mit der Dichtung gemäß der

Erfindung, bei der die Weichstoffmasse aus

künstlichem Kautschuk und pulverförmigen

.Füllstoffen usw. in Verbindung mit flartstoff-

einlagen besteht, die vorstehend erwähnten

Vorurteile und Befürchtungen restlos wider-

legt worden. Dabei war auch die Füllstoff-

zusammensetzung Gegenstand einer eingehen-

den Entwicklung, bei der sich die Verwendung

von anorganischen Füllstoff=en als erforder-

lich erwiesen-hat. Entgegen den Erwartungen

hat sich dabei nicht nur herausgestellt, daß

der Ersatz der Asbestfasern mit bestem Er-

folg hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit

möglich ist, sondern es hat ,sich auch gezeigt,

daß die neuen Dichtungen eine sehr homo-

gene Struktur ohne Hohlräume haben. Es

entstehen daher in diesem Falle auch keine

Kriechwege, durch die Gase oder Flüssig-

keiten hindurchtreten könnten.

Auch in anderer Hinsicht führen die neuen

Dichtungen zu überraschend guten Ergeb-

nissen. Bei den z. B. in Flugmotoren herr-

schenden hohen Temperaturen «erden die

Dichtungen nicht unbrauchbar und brennen

in keiner Weise an den Dichtflächen fest. Sie

können infolgedessen ohne Beschädigung aus-

gebaut und an anderer Stelle gegebenenfalls

wiederverwendet werden. Ein zusätzlicher

Graphitüberzug der Dichtflächen kann in

Fortfall kommen. Infolgedessen kann das

Dichtungsmaterial sich dicht an die Bearbei-

tungsflächen anschmiegen und in alle Be-

arbeitungsriefen und -unebenheiten der Dicht-

flächen eindringen. Daher besitzen die neuen

Dichtungen nach dem Einbau auch einen be-

sonders festen Halt gegen Verschiebung, wie

er in diesem Maße bei anderen Dichtungen

mit starken Graphitschichten nicht erzielt

werden kann. Auch werden die Dichtflächen

nicht verschmutzt, und die Dichtungen färben

nicht ab. Infolge des guten Anschmiegens

wird eine zuverlässige Abdichtung auch bei

solchen Flächen erzielt, die nicht ganz ein-

wandfrei bearbeitet sind.

Die Dichtung nach der Erfindung ist ferner

besonders elastisch, und zwar ist im be-

sonderen die Elastizität im Verhältnis zur

Gesamtzusammendrückung groß. Das rührt

daher, daß Gummi hinsichtlich seines elasti-

schen Verhaltens dem vorwiegend plastischen Fasermaterial überlegen ist. Die Elastizität der Dichtung bleibt auch nach längerem Betrieb erhalten, so daß ein späteres Nachziehen der Dichtung im Betrieb wegfällt, ja sogar unmöglich ist. Die Wärmeleitfähigkeit der Dichtung ist günstig, weil die über der Hartstoffeinlage liegende äußere Weichstoffschicht infolge ihrer Faserfreiheit sehr dünn gehalten werden kann (o, i bis o,2 mm), wobei noch infolge ihrer elastischen Eigenschaften beim Zusammenpressen der Dichtung zwischen den Dichtflächen eine weitere Verringerung der Stärke eintritt.

Als Beispiel für eine Weichstoffdichtungsmasse nach der Erfindung sei folgende Zusammensetzung angeführt:

i oo Teile Mischpolymerisat von Butadien

und Acrylsäurenitril,

i o - Harz,

5 - Erweichen

2o - Vulkanisationsmittel,

50 - inaktiver Ruß,

23n - Füllstoffe, z: B. Schlackenpulver,

Graphit, Kieselkreide o. dgl.

Der Aufbau der Dichtung gemäß der Erfindung kann z. B. in der Weise erfolgen, daß die für die Weichstoffmasse bestimmte Mischung in Mischwalzen, Knetvorrichtungen o. dgl. innig gemischt und alsdann in Folienform ausgewalzt wird. Der künstliche Kauschule kann in dieser Mischung sowohl in fester Form wie auch in Form von Latex oder als Lösung eingebracht werden. Die Folien werden nun z. B. auf beiden Seiten . der Hartstoffeinlagen angeordnet und unter einer Presse oder einem Walzwerk unter Einwirkung von Wärme zusammengepreßt. Dabei zeigt sich, daß die Mischmasse zu fließen beginnt, die Hartstoffeinlage, beispielsweise ein engmaschiges Drahtgewebe, durchdringt und hierbei die Drähte vollständig umhüllt, ohne daß irgendwelche Hohlräume verbleiben.

Werden mehrere Hartstoffgewebe verwendet, so empfiehlt es sich, die Fäden oder Drähte der einzelnen Lagen so zu legen, daß sie nicht parallel, sondern in voneinander abweichenden Richtungen verlaufen, so daß die Zugfestigkeit der fertigen Platte nach allen Richtungen möglichst groß ist. So kann man z. B. zwei übereinanderliegende Drahtgeflechte so änordnen, daß die Fäden der einzelnen Lagen unter einem Winkel von etwa 45° sich kreuzen.
In den Abbildungen ist die Erfindung beispielsweise erläutert, und zwar zeigt Abb. i einen Querschnitt durch eine Flachdichtung mit Hartstoffgewebeeinlage, Abb.2 die Anordnung zweier gekreuzter Hartstoffgewebeeinlagen (ohne Weichstoffmasse) und Abb.3 die Festigkeit einer Dichtung mit Einlagen nach . Abb. 2 in Abhängigkeit von der Zerreißrichtung.
In Abb. i ist die Hartstoffeinlage als Drahtgewebe dargestellt, wobei die Drahtquerschnitte mit i und die faserstofffreie, elastische Weichstoffmasse mit 2 bezeichnet ist.
In Abb. 2 sind mit i und 2 zwei unter 45' gegeneinander geneigte Drahtgewebeeinlagen bezeichnet, die sich in dem mit 3 bezeichneten Bereich gemäß der Anordnung innerhalb der Dichtung überdecken.
In Abb.3 sind in Polarkoordinaten die sich in verschiedenen Zerreißrichtungen ergebenden Festigkeiten einer Dichtung mit zwei unter einem Winkel von 45° sich kreuzenden Drahtgewebeeinlagen dargestellt. Zum Vergleich sind (gestrichelt) die entsprechenden Festigkeiten eingetragen, die sich bei einer Dichtung mit zwei parallel zueinander angeordneten Drahtgeweben ergeben. Wie ersichtlich, ist in ersterem Falle die Festigkeit in allen Zerreißrichtungen nahezu gleich groß, während bei der Dichtung mit parallelem Gewebe die Festigkeit zwar in Richtung der Längs- und Querdrähte besonders hoch ist, in den dazwischenliegenden Richtungen jedoch größtenteils unter der Festigkeit der Dichtung mit gekreuztem Gewebe liegt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Hitzebeständige Flachdichtung, bestehend aus elastischer Weichstoffmasse mit durchbrochenen Hartstoffeinlagen, z. B. Lochplatten oder Geweben, bei welcher die elastische Weichstoffmasse unter Mitwirkung von Druck und Wärme die Hartstoffeinlage durchdringt und beiderseits bedeckt, insbesondere für Zylinderkopfdichtungen, Auspuffdichtungen u. dgl. bei Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichstoffmasse aus künstlichem Kautschuk und anorganischen pulverförmigen Füllstoffen, z. B. Schlackenmehl, Kieselkreide oder Graphit, zusammen mit den üblichen Vulkanisationsmitteln u. dgl. besteht, so daß sich keine # schädlichen Hohlräume zwischen der Hartstoff -einlage und der faserfreien Weichstoffmasse bilden können.
2. Flachdichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Hartstoffgewebeeinlagen die Fäden der einzelnen Lagen zwecks Erzielung gleichmäßiger Zugfestigkeit der Dichtung in mehreren Lagen mit spitzwinklig zueinander verlaufenden Fäden übereinandergelegt sind, z. B. bei zwei Lagen unter einem Winkel von 45° sich kreuzend. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften ...... Nr. 18 736, 510765, 596317, g96991, 6o8 68I; Dr. A. Koch, »Besondere Eigenschaften des künstlichen Kautschuks«, Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure, Bd. 8o, Nr.3z v. 8.8.1936, S.963 bis 968 und S.965, linke Spalte; Zeitschrift des Vereins -Deutscher Ingenieure v. 3. 4. 1937, S. 4oo, rechte Spalte, a. Absatz v. 5. z. 1938, S. 141, rechte Spalte, z. Absatz.