DE19856883A1

DE19856883A1 - Hochtemperaturverbundstruktur und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE19856883A1
Application number: DE1998156883
Authority: DE
Inventors: Steven A Zettel; Zlatomir Kircanski
Original assignee: ACS Industries Inc
Current assignee: ACS Industries Inc
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1998-12-10
Publication date: 1999-06-24
Anticipated expiration: 2018-12-11
Also published as: US6533977B1; GB9825346D0; GB2332248B; JPH11314218A; DE19856883B4; GB2332248A

Description

Die Erfindung betrifft Abdichtungen und Verschlüsse sowie Verfahren zum Herstellen derselben. Insbesondere bezieht sie sich auf eine selbsttätige Abdichtung, die besonders geeignet ist, um Leckage durch sich selbst hindurch zu verhindern. Ferner bezieht sie sich auf ein neuartiges Verfahren zur Herstellung einer solchen Abdichtung.

Dichtungen und/oder Abdichtungen sind in mehrfacher Form im Stand der Technik bekannt. In dieser Beziehung kann beispielsweise auf die US-Patentschriften 3 186 042, 4 443 517, 4 601 476, 4 659 091 und 4 756 561 verwiesen werden. Obwohl jede der vorstehend genannten Patentschriften Dichtungen oder Abdichtungen offenbart, die für den jeweils dort beabsichtigten Zweck geeignet sind, besteht ein Bedarf in der Automobilindustrie für eine Struktur, die Leckagen verhindert, wenn sie in einem Kraftfahrzeugabgassystem eingesetzt wird.

Die Hochtemperaturverbundstruktur, die hier vorgeschlagen wird, betrifft dieses Bedürfnis und erfüllt auch weitere entsprechende Anforderungen.

Im allgemeinen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Hochtemperaturverbundstruktur, die ein Rohelement aus Maschendrahtmaterial aufweist, das aus einem gezogenen Draht aus Edelstahl hergestellt ist. Der gezogene Draht ist ausgeglüht und gemischt, um Rohmaterial zu schaffen. Das gemischte Rohmaterial ist gewirkt, um die Rohstruktur aus dem Maschendrahtmaterial zu bilden. Die Rohstruktur des Maschendrahtmaterials besitzt darin ausgebildete Hohlräume oder Leerstellen. Eine Dispersion unter Einsatz von Vermiculit als Binder wird imprägniert innerhalb der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial. Die Dispersion füllt im wesentlichen die Hohlräume aus der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial. Vorzugsweise füllt die Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial ein Volumen von 20% bis 70% der Vorform, bevor diese mit der Dispersion imprägniert wird.

Ein Verfahren zur Herstellung der Struktur weist folgende Schritte auf:

a) Das Schaffen einer Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial mit darin ausgebildeten Hohlräumen;
b) das Imprägnieren der Hochstruktur aus Maschendrahtmaterial mit einer Dispersion, die Verrniculit als Binder enthält, wobei die Dispersion im wesentlichen die Hohlräume füllt;
c) das Eliminieren eines Wasseranteils aus der Dispersion;
d) das Pressen der imprägnierten Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial in eine gewünschte Form und Dichte.

Genauer betrachtet weist der Schritt des Schaffens der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial vorzugsweise die Schritte des Ziehens des Drahtes aus Edelstahl auf, das Ausglühen des gezogenen Drahtes, das Mischen des gezogenen Drahtes zur Bildung von Rohmaterial, und das Wirken des gemischten Rohmaterials zum Bilden der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial. Vor dem Imprägnierungsschritt weist das Verfahren vorzugsweise außerdem den Schritt des Vorformens der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial in eine erste vorbestimmte Form auf. Die Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial kann außerdem mindestens ein weiteres Mal imprägniert werden.

Entsprechend ist unter den mehreren Aufgaben, Vorteilen und Zielen der vorliegenden Erfindung folgendes: Das Vorsehen einer Struktur, die in der Lage ist, Undichtigkeiten oder Leckage zu verhindern, wenn sie in einem Kraftfahrzeugabgassystem verwendet wird; das Vorsehen einer solchen Struktur, die in der Lage ist, relativ hohen Druckkräften zu widerstehen, die auf sie ausgeübt werden; das Vorsehen einer solchen Struktur mit chemischen und physikalischen Eigenschaften, die Qualitätsverluste nach Einwirkung und/oder unter hohen Temperaturen hindern; das Vorsehen einer solchen Struktur, die leicht eingebaut werden kann, während des Zusammenbaus des Kraftfahrzeugabgassystems; das Vorsehen einer solchen Struktur, die in der Lage ist, axialen, radialen und Scherkräften zu widerstehen; und das Vorsehen einer solchen Struktur, die kostengünstig herstellbar ist.

Kurzgesagt besteht die Erfindung in einer Hochtemperaturverbundstruktur, die eine Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial enthält, die ihrerseits aus einem gezogenen Draht aus Edelstahl bzw. aus Stabstahl hergestellt wird. Der gezogene Draht ist geglüht bzw. ausgeglüht und so gemischt, daß er ein Rohmaterial bildet. Das gemischte Rohmaterial wird gewirkt, um die Rohstruktur aus dem Maschendrahtmaterial zu erzeugen. Die Rohstruktur aus dem Maschendrahtmaterial besitzt Hohlräume oder Leerräume oder auch darin ausgebildete Ausnehmungen.

Eine Dispersion, die Vermiculit als Binder enthält, ist in der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial imprägniert. Die Dispersion füllt im wesentlichen die Hohlräume der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial. Ein Verfahren zur Herstellung der Struktur wird außerdem offenbart. Insbesondere schlägt das Verfahren die Schritte des Schaffens einer Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial mit darin ausgebildeten Hohlräumen vor, das Imprägnieren der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial mit einer Dispersion, die Vermiculit enthält, wobei die Dispersion im wesentlichen die Hohlräume füllt, das Eliminieren des Wasseranteils aus der Dispersion und das Pressen der imprägnierten Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial in eine gewünschte Form und Dichte.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im weiteren Verlauf dieser Beschreibung deutlich werden.

In den Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsform darstellen, die für die Ausführung der Erfindung vorgesehen ist, zeigen:

Fig. 1 eine Frontansicht einer Hochtemperaturverbundstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Struktur aus Fig. 1;

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm des Schrittes des Schaffens des Maschendrahtmaterials aus Fig. 2.

Einander entsprechende Bezugszeichen bezeichnen einander entsprechende Bauelemente in den verschiedenen Darstellungen in den Figuren.

Unter Bezugnahme auf die Figuren, und zwar insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine insgesamt mit 10 bezeichnete Hochtemperaturverbundstruktur nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie noch in näheren Einzelheiten diskutiert wird, ist die Struktur 10 besonders geeignet zur Verwendung in einem Kraftfahrzeugabgassystem. Unabhängig von der beabsichtigten Verwendung ist die Struktur 10 auch geeignet für Zwecke, bei denen sie mechanischen Belastungen, Vibrationsenergien und wechselnden oder Hochtemperaturkonditionen ausgesetzt ist. Zusätzlich kann sie in Situationen verwendet werden, in denen es gewünscht ist, das Material zu isolieren, das es umgibt, wobei die Wärmeübertragung auf umgebende Komponenten verhindert werden soll. Die Struktur 10 nach der vorliegenden Erfindung ist insbesondere wirkungsvoll zum Verhindern von Leckage und Undichtigkeiten in Kraftfahrzeugabgassystemen, wenn sie verwendet wird, um Komponenten des Systems miteinander zu verbinden.

Die Struktur 10 ist in Fig. 1 lediglich zu Illustrationszwecken dargestellt. Es sollte klar sein, daß die Struktur 10 jede beliebige Zahl von verschiedenen Formen und Größen annehmen kann und trotzdem in den Bereich der vorliegenden Erfindung fällt.

Wenden wir uns nun den Fig. 2 und 3 zu. Insbesondere in Fig. 2 ist in schematischer Form und insgesamt mit 12 bezeichnet ein Blockdiagramm dargestellt, das eine bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der Struktur 10 zeigt. Wie zu erkennen, weist das Verfahren die Schritte des Schaffens einer Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial auf, das Imprägnieren der Rohstruktur mit einer Dispersion, das Entfemen eines Wasseranteils aus der Dispersion, die in der Rohstruktur gehalten ist, und das Pressen der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial in ihre endgültige Form. Diese vier Schritte sind mit den Bezugszeichen 14, 16, 18 und 20 versehen.

Der Schritt 14 erfordert das Vorsehen einer Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial, die aus Draht gezogen ist. Bezug wird auf die Fig. 3 genommen, in der die Unterschritte des Schrittes 14 dargestellt sind. Vorzugsweise wird der gezogene Draht aus Edelstahl gezogen, das den Anforderungen aus ASTM A580 entspricht, oder auch aus einer geeigneten Chrom- oder Chromnickellegierung und besitzt einen Durchmesser zwischen 0,272 mm und 0,287 mm. Dieser Unterschritt wird durch das Bezugszeichen 22 in Fig. 3 dargestellt. Es sollte bemerkt werden, daß die Drahtdurchmesser zwischen 0,10 mm und 0,50 mm variieren können, solange der Draht gewirkt oder gewebt werden kann. Der gezogene Draht wird geglüht bei einer Temperatur zwischen 1065°C (1950°F) und 1125°C (2050°F) und wird dargestellt durch das Bezugszeichen 24 in der Fig. 3. Der geglühte gezogene Draht wird dann gemischt, um Rohmaterial (im Unterschritt 26) zu bilden und gewirkt (Unterschritt 28), mittels einer 48 Nadel Wirkmaschine, die im Stand der Technik gut bekannt ist, um das Maschendrahtmaterial zu bilden. Nach dem Wirken wird das Maschendrahtmaterial wie im Unterschritt 30 dargestellt auf eine vorbestimmte Länge geschnitten und durch ein Preß- oder Druckwerkzeug bzw. eine Preß- oder Druckform vorgeformt. Vorzugsweise füllt die Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial ein Volumen von 20% bis 70% einer Vorform vor dem Imprägnieren mit der Dispersion.

Es sollte bemerkt werden, daß andere Herstellungsverfahren wie beispielsweise das Weben und dergleichen auch verwendet werden können und diese trotzdem in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.

Wie in Fig. 2 dargestellt wird in Schritt 16 eine Dispersion in den Hohlräumen der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial imprägniert. Die Dispersion weist Vermiculit als Binder auf, das modifiziert ist, um Bornitrit und Glimmerpulver zusätzlich aufzuweisen. Nach dem anfänglichen Imprägnieren der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial mit der Dispersion wird der Wasseranteil der Dispersion in Schritt 18 entfernt, in dem die Rohstruktur in einem Ofen bei ungefähr 150°C (300°F) getrocknet wird. Der Imprägnierungsschritt 16 kann erreicht werden durch Eintauchen der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial in einen Kessel mit einer darin befindlichen Dispersion. Es ist wünschenswert, die Rohstruktur zu imprägnieren, so daß die Hohlräume darin mit der Dispersion gefüllt werden. Falls nach dem anfänglichen Imprägnieren der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial die Hohlräume nicht im wesentlichen gefüllt werden, kann die Rohstruktur beliebig oft erneut in den Kessel eingetaucht werden, bis die Hohlräume gefüllt sind. Nach jedem Eintauchen in den Kessel sollte der Wasseranteil in der vorbeschriebenen Weise getrocknet bzw. eliminiert werden.

Nach dem Imprägnieren der Rohstruktur wird sie in Schritt 20 mittels einer anderen Kompressionsform in ihre endgültige Form gebracht. Ist sie einmal gepreßt, ist die Struktur in ihrer endgültigen Form und fertig zum Gebrauch.

Nachdem diese Erfindung mehrere Ausführungsformen besitzen kann, ohne sich vom Geist oder dem wesentlichen Merkmalen zu entfernen, ist die vorliegende Ausführungsform als beispielhaft und nicht beschränkend aufzufassen. Der Schutzumfang der Erfindung wird eher durch die beigefügten Ansprüche als durch die vorliegende Erfindung umrissen und alle Änderungen, die sich innerhalb der Zuschnitte und Grenzen der Ansprüche befinden oder die deren Funktion ausführen oder auch entsprechende äquivalente Ausführungsformen sollen von diesen Ansprüchen eingeschlossen werden.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Hochtemperaturverbundstruktur mit folgenden Schritten:

a) Schaffen einer Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial mit darin ausgebildeten Hohlräumen;
b) Imprägnieren der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial mit einer Dispersion, die Vermiculit als Binder enthält, wobei die Dispersion im wesentlichen die Hohlräume füllt;
c) Eliminieren eines Wasseranteils aus der Dispersion; und
d) Pressen der imprägnierten Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial in eine gewünschte Form und Dichte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Schaffens einer Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial die folgenden Schritte aufweist:

a) Ziehen des Drahtes aus einem Edelstahl;
b) Ausglühen des gezogenen Drahtes;
c) Mischen des gezogenen Drahtes zur Bildung von Rohmaterial; und
d) Wirken des gemischten Rohmaterials zum Bilden einer Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt des Vorsehens einer Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial außerdem den Schritt des Schneidens der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial in eine vorbestimmte Länge enthält.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem vor dem Imprägnierungsschritt außerdem ein Schritt des Vorformens der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial in eine erste vorbestimmte Form vorgesehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Vorformungsschritt durch eine Preßform oder Druckform durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Dispersion außerdem Bornitrit und Glimmerpulver enthält.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem vor dem Preßschritt die Schritte des Imprägnierens der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial mit einer Dispersion und/oder des Eliminierens des Wasseranteils aus der Dispersion mehrfach vorgenommen werden.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Wasseranteileliminierungsschritt mittels eines Ofens vorgenommen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Wasseranteileliminierungsschritt mittels eines Hochtemperaturofens vorgenommen wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Preßschritt durch eine Preßform oder Druckform durchgeführt wird.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte des verwendeten Maschendrahtmaterials einen Durchmesser von 0,1 mm bis 0,5 mm, insbesondere von 0,272 mm bis 0,287 mm besitzen.

12. Hochtemperaturverbundstruktur mit:

a) einer Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial hergestellt aus einem gezogenen Draht aus Edelstahl, bei der der gezogene Draht ausgeglüht ist, der gezogene Draht gemischt ist, um Rohmaterial zu bilden, und bei dem das gemischte Rohmaterial zu Bildung der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial gewirkt ist, wobei die Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial darin ausgebildete Hohlräume; und
b) einer Dispersion, welche Vermiculit als Binder enthält, imprägniert innerhalb der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial, wobei die Dispersion die Hohlräume aus der Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial im wesentlichen füllt.

13. Struktur aus Anspruch 12, bei der die Rohstruktur aus Maschendrahtmaterial eine Volumenanteil von 20% bis 70% einer Vorformung füllt, bevor sie mit der Dispersion imprägniert wird.

14. Struktur nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte des Maschendrahtmaterials einen Durchmesser von 0,1 mm bis 0,5 mm, insbesondere von 0,272 mm bis 0,287 mm besitzen.