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Dichtung, insbesondere Flachdichtung Den Gegenstand der Erfindung
bildet eine Dichtung, insbesondere eine Flachdichtung für die Abdichtung der Zylinderköpfe
an Verbrennungsmotoren, aber auch eine Dichtungsplatte, -schnur o. dgl., für andere
Abdichtungszwecke. Derartige Dichtungen bestehen vielfach aus Asbest, Schlakkeii\,#,olle,
Glaswolle oder für mindere Temperaturbeanspruchung aus Holzschliff, Torffaser, Korkmehl,
Zellstoff oder sonstigen tierischen oder pflanzlichen Faserstoffen und Bindemitteln,
vornehmlich Kautschuk, Kunstkautschuk oder kautschukähnlichen Stoffen, Kunstharz-
o. dgl.
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Zur Versteifung solcher Faserstoffdichtungen werden vielfach Hartstoffeinlagen,
wie Lochbleche oder Draht-, Asbest- oder kombinierte Gewebe, verwendet, die aber
entweder zu grob sind, um eine innige, nicht lösliche Verbindung der Faserstoffmasse
mit der Einlage zu sichern, oder zu deren Herstellung ein besonderer Aufwand an
Sondermaschinen erforderlich ist.
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Es sind auch bereits Dichtungsplatten ohne Gewebeeinlage aus Faserstoffen,
gegebenenfalls mit pulverförmigen Füllstoffen, und härtbarer Kunst-oder Naturharz,
Kunst- oder Naturgummi als Bindemittel bekannt, zu deren leichterer Herstellung
man eine hauchdünne Außenschicht derselben mit einem das Abziehen von der Walze
erleichternden Bindemittel andererArt als dem die eigentliche Dichtungsmasse bindenden
Stoff versehen hat. Die Wirkung einer solchen hauchdünnen Außenschicht erschöpft
sich aber in der leichteren Herstellung. Bei der Abdichtung selbst macht sich eine
solche nur einige hundertstel Millimeter starke Außenschicht nicht geltend. Über
25 Raumanteile des Bindemittels, auf den Dichtungsquerschnitt bezogen, ist man bei
diesen bekannten Dichtungen nie
hinausgegangen, da man von der Vorstellung
beherrscht war, daß der Bindemittelanteil so gering wie möglich sein müsse, um die
Dichtung hitzebeständig zu machen.
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Die Erfindung besteht demgegenüber darin, daß die von dem Bindemittel
umschlossenen, ungeordnet liegenden Fasern des Dichtungsweichstoffes in allen drei
Dimensionen gleichmäßig verfilzt und durch Druck- und/oder Wärmeeinwirkung derart
verdichtet sind, daß der Dichtungsquerschnitt hohlraumlos ist und ein Viertel bis
ein Drittel Bindemittelraumanteile aufweist. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige
Abgrenzung der Raumanteile der verschiedenen Bestandteile des Dichtungsweichstoffes,
also des homogenen Kunstgummis, Harzes oder sonstigen Bindemittels einerseits, des
mehr oder minder faserigen Asbestes o. dgl. anderseits es ermöglicht, die Dichtung
auch ohne Einlage in sich fest und dabei hitzebeständig zu machen, ohne daß die
Faserstoffe aus langen, spinnfähigen Fasern zu bestehen brauchen. Für die Dichtung
gemäß der Erfindung läßt sich aber auch z. B. ein Asbest verwenden, dessen Faserstofflänge
zwischen 0,5 und 4 mm liegt, d. h. ein kurzfaseriger Asbest zum Unterschied
von einem bloßen Asbest- oder Schlackenmehl, wie es gegebenenfalls außerdem als
Füllstoff im Bindemittel in Anrechnung auf dessen Raumanteil verwendet sein kann.
Die Abgrenzung zwischen Faserstoff und Bindemittel ist dabei vorteilhafterweise
in Anpassung an die Faserstofflänge derart zu treffen, daß in der Dichtung
26 bis 31 Raumanteile Bindemittel auf 69 bis 74 Raumanteile Faserstoff umgekehrt
proportional zu der von 4 bis 0,5 mm schwankenden Faserstofflänge vorliegen,
in jedem Fall in dem Verhältnis, daß jede Faser von einem dünnen Filz des Bindemittels
umschlossen ist.
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Derartige Dichtungen lassen sich leicht und ohne die bei Gewebe- oder
anderen Einlagedichtungen auftretenden Schwierigkeiten derart herstellen, daß die
mit Wasser aufgeschlämmten Faserstoffe im Holländer oder im Rührwerk mit den Bindemitteln
in wäßrigen Dispersionen versetzt werden. Nach innigem Vermischen der Bestandteile
wird das Bindemittel zur Koagulation gebracht, worauf die Weiterverarbeitung der
Masse durch mechanischen Entzug des Wassers mittels Abpressens oder Absaugens durch
Abschleudern desselben in einer Zentrifuge und durch Verdunsten der Restwassermenge
in einer Trockentrommel weiterverarbeitet wird.
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Für die weitere Verarbeitung der getrockneten Platten bzw. der Krümelmasse
können folgende Wege beschritten werden. Die Masse kann entweder zur Herstellung
von Flachdichtungen auf ein Walzwerk mit entsprechender Spaltweite oder auf den
Kalander gebracht werden, wobei die mit Kautschuk umschlossenen Faserteilchen sich
fest, und zwar ohne schädliche Hohlraumbildung, miteinander verbinden. Bei dem oben
angegebenen liindemittelanteil, vornehmlich Kautschuk, werden die vorhandenen Fasern
nur unwesentlich durch den Walz- bzw. Verdichtungsvorgang gekürzt oder zerrissen.
Es hat sich gezeigt, daß bei der Verdichtung der Krümelmasse die einzelnen Faserteilchen
sich gut verfilzen und dabei keine ausgesprochene Schichtbildung auftritt. Durch
Zugabe entsprechender Weichmacher auf Fettsäurebasis, sei es zur aufgeschlämmten
Fasermasse oder auf der Walze, läßt sich der Verdichtungsvorgang steuern, und zwar
bis zu dem Punkt, wo sich die getrocknete und verdichtete Masse derart plastisch
verhält, daß sie sich z. B. in Spritzmaschinen zu Profilen, zu Profildichtungen
und Manschetten spritzen läßt. Der Weichmacheranteil darf jedoch nicht so hoch sein,
daß der Faserwerkstoff plastisch wird und die daraus gefertigte Dichtung im Betriebszustand
fließt.
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Bei der obengenannten Zusammensetzung mit einem Weichmacherzusatz
von etwa i bis 30% wurde ein maximales Fließen, bezogen auf die Ursprungshöhe des
Dichtungsmaterials, von unter 1,3% bei 16o' C und einer Belastung von iokg/cmE je
Stunde festgestellt. Trotz des geringen Bindemittelsanteils und der verhältnismäßig
kurzen Fasern werden hohe Festigkeiten ohne Drahtgewebe oder sonstige Gewebe erreicht.
Bemerkenswert ist gleichfalls, daß die hohen Zugfestigkeiten nicht nur in Quer-
oder Längsrichtung, sondern auch zur dritten Dimension, das heißt zur Höhe vorliegen.
Dies ist besonders darauf zurückzuführen, daß eine gute Verfilzung in der Masse
zu verzeichnen ist, daß sich also keine ausgesprochene Schichtbildung zeigt, und
kann bei allseitiger Zugbeanspruchung der Dichtung in zahlreichen Abdichtungsfällen
außerordentlich vorteilhaft sein. Die Zusammensetzung des Dichtungswerkstoffes gemäß
der Erfindung stellt einen Grenzfall der gegenüber der normalen Faserstoffdichtung
(Hochdruckdichtungsplatten) und Dichtungen ohne Faserstoff, z. B. Gummidichtungen
mit oder ohne Drahtgewebe, wobei sich die Vorteile beider Dichtungsarten verwirklichen
Lassen und ihre Nachteile aufgehoben werden. Faserstoffdichtungen mit oder ohne
Gewebeeinlage nach Art der Hochdruckdichtungsplatten werden vornehmlich auf heizbaren
Plattenkalandern durch Auftragen von Faserstoffmasse mit in organischen Lösungsmitteln
gelösten Bindemitteln schichtförmig hergestellt, wobei die Zusammensetzung und die
physikalischen Eigenschaften der einzelnen Schichten gleich sind. Der Bindemittelanteil,
vornehmlich Kautschuk, beträgt, wie bereits obenerwähnt, 15 bis 25 Raumanteile.
Infolge des geringen Kautschukanteils und der schichtförmig übereinanderliegenden
Faserstoffe ist eine schädliche Hohlraum- bzw. Kanalbildung auch bei starker Verpressung
nicht zu vermeiden. Gleichfalls werden hohe Verfestigungen nur in Richtung der Faser
erreicht, wogegen in Querrichtung die Festigkeit weit unter der der Längsrichtung
liegt.
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Durch die Herstellungsart der Dichtung und die Zusammensetzung des
Werkstoffes gemäß der Erfindung wird Hohlraum- bzw. Kanalbildung vermieden und infolge
der Verfilzung bzw. ungeordneten Lage der Fasern fast gleichbleibende Verfestigung
nach
drei Dimensionen erreicht. Zudem besitzt die Dichtung gute elastische Eigenschaften,
wodurch bei verhältnismäßig geringem Flächendruck eine gute Abdichtung auch bei
hohen Drücken gewährleistet ist und größere Unebenheiten an den Dichtflächen ausgeglichen
werden. Besonders vorteilhaft wirkt sich die beschriebene Dichtung dann aus, wenn
ein Verziehen der Dichtfläche, z. B. durch Temperatureinwirkung, eintritt. Bemerkenswert
ist noch, daß bei der Herstellung des Werkstoffes keine organischen Lösungsmittel
verwendet werden müssen, sondern Bindemittel in wäßrigen Dispersionen.
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Eine weitere Verbesserung der Dichtung gemäß der Erfindung wird erreicht,
wenn die Bindemittelkonzentration über den Dichtungsquerschnitt derart verschieden
ist, daß der Bindemittelanteil in einer oder beiden Außenschichten nur bis zu einem
Fünftel des Raumes einnimmt. Damit erhält die kompakte und elastische Faser- und
Bindestoffverbindung im Dichtungsinneren als Auflage eine noch temperaturfestere
und kompressiblere Faserschicht. Es empfiehlt sich, daß die Auflage auf jeder Dichtungsseite
etwa ein Viertel der Gesamtdichtungsstärke ausmacht. Der Vorteil dieses Dichtungsaufbaus
liegt vornehmlich darin begründet, ciaß die Außenflächen der Dichtung hervorragend
elastisch und zusammendrückbar sind und bei nur geringem Anpreßdruck eine gute Abdichtung
trotz s t, ärkerer Unebenheiten der Dichtflächen ergeben.
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Die Faserstoffauflage braucht dabei nicht unbedingt Eigenschaften
wie die bekannten Hochdruckdichtungsplatten zu haben, sondern kann eher eine Art
Papier darstellen, das seine Festigkeit durch seine Faserverfilzung erhält, wobei
sich ein etwas lockererer Aufbau als bei Hockdruckdichtungsplatten empfiehlt. Eine
derartige Dichtung ist wegen ihrer Hitzebeständigkeit und hoher Festigkeit im komprimierten
Zustand mit besonderem Vorteil als ZDlinderkopfdichtung für Verbrennungskraftmaschinen
zu verwenden.
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Natürlich ist es auch möglich, eine Dichtungsmasse gemäß der Erfindung
nicht zu Platten, Schnüren o. dgl. auszuziehen, sondern auf der Presse oder in der
Walze in und durch ein Drahtgewebe zu pressen, z. B. für hochbeanspruchte Zylinderkopfdichtungen.
Mit einer derartigen Drahtgewebeeinlage haben Dichtungen gemäß der Erfindung keinerlei
Fließen bei 16o° C unter dem obengenannten Flächendruck von io kg/cm2 gezeigt. Im
Gegensatz zu den bekannten Dichtungen aus Geweben mit oberflächlich aufgetragenem,
dünnem Dichtungsmantel zum Ausfüllen der Hohlräume dient bei der Dichtung gemäß
der Erfindung mit Drahtgewebeeinlage nicht die Einlage als Dichtelement, sondern
die Faserbindemittelmasse. Während die bekannten Gewebedichtungen, insbesondere
bei Zylinderköpfen, völlig plane Dichtungsflächen voraussetzen, gleicht die Dichtung
gemäß der Erfindung auch mit Drahtgewebeeinlage durch ihre Anschmiegung Unebenheiten
aus. Anteilmäßig würde der Querschnitt einer i mm starken Zylinderkopfdichtung gemäß
der Erfindung mit Drahtgewebeeinlage wie folgt zusammengesetzt sein: Drahtgewebe
o,5 mm, Weichstoffmasse gemäß der Erfindung innerhalb des Drahtgewebes o,5 mm und
Außenbelag aus Faserstoff auf jeder Seite, gegebenenfalls mit der beschriebenen
geringeren Bindemittelkonzentration, 0,25 mm. Das Drahtgewebe ist dabei vollkommen
in dem Dichtungsweichstoff eingebettet.