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DE2362940A1 - Dichtungselement fuer den kolben eines verbrennungsmotors - Google Patents

Dichtungselement fuer den kolben eines verbrennungsmotors

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Publication number
DE2362940A1
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Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sealing element
seal
filler
element according
pounds
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE2362940A
Other languages
English (en)
Inventor
Harold Edward Mccormick
Herbert Frederick Prasse
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ramsey Corp
Original Assignee
Ramsey Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ramsey Corp filed Critical Ramsey Corp
Publication of DE2362940A1 publication Critical patent/DE2362940A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C19/00—Sealing arrangements in rotary-piston machines or engines
    • F01C19/005—Structure and composition of sealing elements such as sealing strips, sealing rings and the like; Coating of these elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Sealing Material Composition (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Description

RAMSEY GORPORATIOF
Manchester and Weidmen Roads
Manchester, Ohio /V.St.A.
Unser Zeichen! R 819
Dichtungselement für den Kolben eines Verbrennungsmotors
Die Erfindung betrifft ein Dichtungselement für einen Verbrennungsmotor, das unter Anwendung von Methoden geformt werden kann, wie sie in ähnlicher Weise zur Formgebung wärmehartender Harze angewendet werden. Im Falle der bevorzugt zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtungselemente verwendeten Vorpolymerisate mit Polyimidendgruppen erhält man das fertige Harz durch Erhitzen eines Polyimidvorpolymerisats auf Temperaturen von etwa 200 bis 350° C, bei welchen die Vorpolymerisate aktiv werden, wie dies in der US-Patentschrift Ur. 3 528 950 besprochen ist. Bezug genommen wird auch auf die US-Patentschrift Nr. 3 647 529, betreffend ein Verfahren zur Herstellung eines verstärkten
Dr.Ha/Gl
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Gegenstands durch Imprägnierung des Verstärkungs-. materials mit einem Polyimidvorpolymerisat. Diese letztere Patentschrift beschreibt auch die Verwendung eines niedrigmolekularen Polyimidvorpolymerisats als schmelzbare Matrix für hochpolymere Polyimidvorpolymerisatpulver unter Anwendung erhöhter Temperaturen von etwa 230 bis 315° 0 (450 bis 400° P) und
2 2
drücken von etwa 70 kg/cm (1000 Pfund/Zoll ) während der Formgebung.
Verstärkungsmaterial wird je nach den besonderen Eigenschaften, die dem fertigen geformten Dichtungselement verliehen werden sollen, gewählt, mit dem Ziel der Lösung von Problemen, die bisher zwar erkannt, jedoch noch nicht vollständig gelöst wurden.
Eines dieser Probleme ist das bekannte Rattern, das besonders störend in Verbindung mit der Scheiteldichtung ist, die in Rotationsmotoren zur Dichtung zwischen dem rotierenden Kolben und den inneren Trochoidflachen des Kolbengehäuses verwendet wird. Pur einen verhältnismäßig kleinen Rotationsmotor übersteigen die Geschwindigkeiten der Dichtungsfläche die Oberflächengeschwindigkeiten für Kolbenringe in Verbrennungsmotoren mit Hubkolben. Auch ist die Temperatur des Zündteils solcher Motoren zu hoch, um unter hohen betrieblichen Belastungen einen Schmierfilm zu unterhalten. Gemessene Temperaturen in Trochoidkammern aus Aluminium erreichen Werte von über 216° C (420° i1), während bekanntlich Schmieröle bei Temperaturen von etwa 150 C (300° 3?) bereits zerstört werden.
Je nach dem Reibungskoeffizient zwischen den aufeinanderstoßenden Oberflächen können durch Reibung verursachte
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Kräfte so zunehmen, daß sie die erforderliche Mindestbelastung des Dichtungselements übersteigen, was zur Folge hat, daß die Scheiteldichtung z.B. sich von der Trochoidfläche löst und abwechselnd haftet und gleitet, was Anlaß zu dem Ratter- oder Yibrationsproblem gibt.
Eine wichtige Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines verstärkten Dichtungselements aus Polyimidharz mit den folgenden Eigenschaften:
1. Der Reibungskoeffizient zwischen der Dichtung und der Gegenfläche muß bei Temperaturen von etwa 510° C (600° P) 0,2 oder kleiner sein;
2. Das Dichtungselement muß einen niedrigen Elastizitätsmodul besitzen;
3. Das Dichtungselement soll trocken laufen können, um einen niedrigen Reibungskoeffizient zu ergeben, wenn der Ölfilm bei hohen Betriebstemperaturen reißt;
4· Das Dichtungselement muß eine geringe Masse von weniger als 0,1 Pfund/Zoll besitzen;
5. Das Dichtungselement muß Massetemperaturen von etwa 315 C und Oberflächentempe
(1000° F) aushalten können;
315 C und Oberflächentemperaturen bis zu etwa 540 C
6. Die Dichtung muß eine abnutzungs- und abriebbeständige Lagerfläche oder Oberfläche besitzen;
7. Das Dichtungselement soll sehr stark vibrationsdämpfend sein;
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8. Das Dichtungselement muß eine Mindestbiegefestigkeit von 75.000 Pfund/Zoll besitzen, um abnormal Verbrennungsbedingungen aaszuhalten und
9. das Dichtungselement muß so duktil sein, daß es Stoßbelastungen von 280 Pfund, die plötzlich über einen 2 3/4 Zoll Linienkontakt mit der Dichtungsfläche auftreten, ohne abzuspringen aushält.
Die erfindungsgemäßen Scheiteldichtungen lösen Probleme, wie das Ratter- oder Yibrationsproblem und andere, die bei Verwendung der bisherigen sehr harten Dichtungsmaterialien, die gegen sehr harte Trochoidflächen betrieben wurden, auftraten. Beispiele für diesen Stand der !Technik sind die Verwendung von Dichtungsmaterial aus Titankarbid in einer Stahlmatrix, das gegen {Drochoidfläohen aus nickelplattiertem Silciumkarbid betrieben wird. Siliciumnitriddichtungen wurden ebenfalls gegen sehr harte Trochoidflächen verwendet. Diese Materialien können das Ratterproblem verringern, jedoch nicht stoppen und sind ferner relativ teuer.
Anstelle der Verwendung sehr harter Dichtungsmaterialien wurde bereits die Verwendung zusammengesetzter Materialien, z.B. von mit Aluminium imprägniertem Graphit, vorgeschlagen; Ein solches Material besitzt zwar eine verhältnismäßig geringe Masse, besitzt jedoch keine gute Abriebbeständigkeit und keine ausreichende Festigkeit, um eine abnormale Verbrennung auszuhalten, sondern zerbricht, wenn im Betrieb diese Bedingungen auftreten.
In Rotationskolben-Verbrennungsmotoren verwendete Seitenkompressionsdichtungen sind gekrümmt und bestehen aus einem Material mit verhältnismäßig hohem Modul, z.B.
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Gußeisen oder Stahl. Wegen dieses hohen Moduls und der gekrümmten Form der Dichtungen muß die Querschnittsfläche der Dichtungen sehr klein sein, so daß die Dichtungen im Betrieb sich drehen und sich an die Seitenflächen des Gehäuses unter Bewirkung einer Abdichtung anpassen können. Die für die Flexibilität erforderlichen kleinen Querschnitte der Dichtung bedingen, daß sie in sehr schmalen Rinnen in den Seitenflächen des Rotors eingesetzt wird. Diese Rinnen lassen sich nur sehr schwer und in kostspieliger Weise maschinell mit der für eine ausreichende Abdichtung erforderlichen Genauigkeit herstellen, da die verwendeten Werkzeuge eine sehr kleine Schnittfläche besitzen müssen. Infolgedessen geben die Werkzeuge unter den Bearbeitungsdrücken nach, so daß man eine geringere als die gewünschte Genauigkeit erzielt. Die Enge der Rinnen macht ein Schmieden oder pulvermetallurgische Verfahren für die Vorformling der Rinnen unpraktisch. Trotz der- sehr engen,' für die Seitenkompressionsdichtung erforderlichen Querschnitte, sind die Dichtungen jedoch nicht flexibel genug, um unter allen Betriebsbedingungen sich den Seitenwänden des Gehäuses anzupassen. Infolgedessen müssen diese Oberflächen mit teueren, eine harte Fläche ergebenden Überzügen versehen werden, um ein Verkratzen und Markieren der Gehäuse zu vermeiden, weil die Dichtungen unter bestimmten Betriebsbedingungen nicht ohne Abschürfen den Flächen folgen können.
Die bekannten ölabdichtlagerflächen hatten ebenfalls sowohl auf den Dichtungen als auch auf den Gegenlaufflächen des Gehäuses harte Beläge.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines verstärkten Materials für die Dichtungen von Drehkolben-
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maschinen, die einen niedrigen Modul, die Fähigkeit trocken.zu laufen, einen niedrigen Reibungskoeffizient, gute Abriebbeständigkeit, eine geringe Masse, eine hohe Festigkeit und Verträglichkeit mit verschiedenen Gegenflächen aufweisen, z.B. Gußeisen, Chromplattierungen, siliciumreiches Aluminium, nickelplattiertes Silicium*· karbid und durch Plasmasprühung aufgebrachte Überzüge aus Wolframkarbid-lTickel-Chrom-Bor-Silicium.
Die Eigenschaften des günstigsten Polyimidmaterials für die Herstellung der erfindungsgemäßen Kunststoffdicht ungen sind die folgenden:
Geringe Dichte 1,33 g/cnr
Shorehärte 91,0 + 0,5
Biegefestigkeit bei 770P = · 10 000 - 12
Biegefestigkeit bei 55O0E = 5' 000 - 6 000 p.sö.
Biegeraodul bei 770F = 460 000 - 490 000 p.s.1
Biegemodul bei 55O0F = 280 000 - 300 000 p.&L
Zugfestigkeit bei 77°F = 7 200 p.s.i.
bei .5500F = 5 700 p.s.i.
Zugmodul bei 770F = 556 000 p.s.i.
bei 55O0F = 346 000 p.s.i.
Bruchdehnung £ bei 770F =1,37
Bruchdehnung $S bei 55O0F = 1,82
Druckfestigkeit bei 770F = 37 400 p.s.i.
Druckmodul bei 770F =419 000 p.s.i.
Obwohl verschiedene Arten von bei hoher Temperatur beständigen oxidationsstabilen Polyimiden zur Durchführung der Erfindung verwendbar sind, verwendet man doch bevorzug ein wärmehärtendes oder wärmegehärtetes Polyimidharz, das nach der folgenden Gleichung erhalten wurde:
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N-R1-N
N-R
2000G -
^ Poly imiahar ze
worin R Wasserstoff oder eine C^ bis C,--Alkylgruppe und R- und Rp eine aliphatische oder aromatische Koh lenwasserstoffgruppe "bedeuten und der Wert von η zwi schen 0 und 8 liegt.
Nach der vorstehenden Gleichung erhaltene Polyimidharzc sind in der eingangs genannten US-Patentschrift 3 528 beschrieben. Darin heißt es: "
"Die Polyimide werden durch Erhitzen von PoIyimid-Vorpolymerisaten mit spezifischen chemischen Endgruppen hergestellt, die durch Reaktion spezifischer Monoanhydride mit Mischungen aus Dianhydriden und Diamine}! gebildet werden. Diese chemischen Gruppen sind bei Raumtemperatur und bei mäßig hohen Temperaturen stabil,, werden jedoch bei Temperaturen von etwa 200 bis 35O0C unter Bildung von Makromolekülen reaktiv. Die spezifischen, Endgruppen bildenden Anhydride sind Verbindungen mit der Strukturformel
R O
worin R Wasserstoff oder eine niedrige Alkylgruppe bedeutet."
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Beim Erhitzen auf Temperaturen zwischen etwa 200 bis etwa 35O0C,werden die als Endgruppen bildende Anhydride bezeichneten Endgruppen untereinander reaktionsfähig, wobei sie an den Enden unter Bildung eines Makromoleküls sich polymerisieren.
Die Polymidharze eignen sich besonders zur Herstellung von Dichtungen, einschließlich Scheiteldichtungen, in Drehkolben-Verbrennungsmotoren, z.B. dem Wankelmotor.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht eines mit den erfindungsgemäßen Dichtungen ausgestatteten Drehkolbens und
Pig. 2 eine Ansicht eines Rotors für eine Drehkolbenmaschine in einer trochoidförmigen Kammer eines geeigneten Gehäuses.
Pig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Rotors einer Drehkolben-Brennkraftmaschine. Der Rotor hat allgemein die Form eines Dreiecks, und er weist drei Seitenwände 17 auf, die seinen Außenumfang bilden; jede der Seitenwände ist gekrümmt und trifft bei einem Scheitel 12 mit der angrenzenden Seitenwand zusammen. An jedem der Scheitel 12 ist eine Nut 13 gebildet, die sich in der gesamten Wandlänge an jeder Seite jedes Scheitels 12 erstreckt.
Wie aus der Darstellung zu erkennen ist, ist für jede Nut 13 eine klingenartige, nicht rotierende Scheiteldichtungsanordnung 14 vorgesehen. Jede Dichtungsanordnung enthält eine Kling 35 und eine Blattfeder 36, die
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an der Klingenrückseite angebracht werden kann, damit die Klinge radial von der Nut aus nach außen gegen die Innenfläche einer trochoidförmigen Kolbenkaramer 16 gedruckt wird. Jede Klinge 35 ist an den Enden mit Ansätzen 37 versehen, an denen die Enden 38 der Blattfedern 36 angreifen, so daß auf diese Weise die relative Längsbewegung zwischen jeder Feder und der zugehörigen Klinge 35 begrenzt wird. Die Klingen 35 bestehen vorzugsweise aus einem verstärkten, geformten oder gegossenen Polyimidharz, während die Federn 36 * zweckmäßigerweise aus hochtemperaturfestem Pederstahl geformt sind.
In den Seitenwänden 17 des Rotors sind Nuten 28 angebracht, die sich in TJmfangsriohtung vom Ende einer Scheitelnut 13 zum entsprechenden Ende der nächsten benachbarten Nut 13 erstrecken. Jede der Nuten 18 nimmt eine Druckdichtung 21 auf, die zusammen mit den Scheiteldichtungsanordnungen 14 den Umfang des Gehäuses in mehrere aufeinanderfolgende, hinsichtlich des Volumens veränderliche Kammern 19, 19a und 19b abdichtend aufteilen, die zwischen dem Umfang des Rotors 10 bei seiner Drehung und zwischen der inneren trochoidförmigen Fläche des Kolbengehäuses gebildet werden. Die Druckdichtungen sind notwendig, damit ein Ausströmen aus den Kammern 19, 19a und 19b längs der Rotorseiten zwischen den Seitenwänden -17 und den Stirnplatten zum offenen Innenraum 20 des Rotors verhindert wird. Da einige Bereiche der Rotorkammer stets unter hohem Druck stehen, während andere Bereiche stets unter niedrigeren Drücken stehen, dienen die von den Nuten aufgenommenen Druckdichtungen außerdem dazu, ein seitliches Ausströmen aus den Hochdfuckbereichen in die Niederdruckbereiche zu verhindern.
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Damit der Hohlraum an den Seiten des Rotors außerhalb der Druckdichtungen 21 verkleinert wird, sind.die die Dichtungen aufnehmenden Nuten 18 so dicht wie möglich an der Außenumfangsflache des Rotors angebracht, wobei die Hüten 18 mit den Enden der Scheitelnuten 13 in Verbindung stehen.
In die Nuten 18 werden Spreizfedern 22 eingeführt, in die kombinierte Eck- und Druckdichtungsteile 23 eingeführt werden. Die kombinierten Eck- und Druckdichtungsteile 23 von Fig. 1 gleichen in ihrer Form Gabelbeinen; sie weisen jeweils eine Nabe 40 mit einer Nut 41 und zwei auseinanderlaufende Schenkelabschnitte 23-23 und 26-26 auf, die einteilig mit der Nabe 40 gebildet sind. Jeder Druckdichtungsabschnitt endet bei einem gestuften Ende 27r das mit dem gestuften Ende 27 des angrenzenden Druckdichtungsabschnitts zusammenpaßt.
Drei derartige Dichtungsteile 23 werden für jede Rotorseitenwand verwendet, wobei die Nabe 40 jedes Dichtungsteils in das Längsende der Scheiteldichtungsnut eingeführt wird, während die Druckdichtungs-Sohenkelabschnitte 26 in die von der Scheitelnut 13 auseinanderlaufenden Nuten 18 eingeführt werden. Die Schenkel der Druckdichtungs-Schenkelabschnitte 26 sind so dimensioniert, daß sie sich im zusammengefügten Zustand etwa über die Hälfte der von den Nuten 18 gebildeten Strecke von einem Scheitel 12 bis zum nächsten erstrecken.
Dichtungen, z.B. die Scheiteldichtungen 14 und die Dichtungsteile 23 sowie die Schenkelabschnitte 26 können durch Verformung eines der hier beschriebenen Polyimiäharze nach Methoden hergestellt werden, wie sie zur Formgebung von wärmehärtbaren oder wärmehärtenden Harzen angewendet werden. Eine Beschreibung
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geeigneter Methoden zur Herstellung der plastischen Polyimiddiehtungen und dergleichen folgt.
Das zur Herstellung der bei hoher Temperatur widerstandsfähigen Kunststoffdichtungen gemäß der Erfindung bevorzugte Polyimidvorpolymerisat ist ein in der US-Patentschrift Fr. 3 565 549 beschriebenes Polyimidvorpolymerisat oder ein Vorläufer desselben. Der Vorläufer kann in geeigneter Weise eine in einem organischen Lösungsmittel, z.B. Dimethylformamid, in Mengen von etwa 10 bis 65 # und vorzugsweise etwa 25 bis 50 Gew.-S^ des Lösungsmittels lösliche Polyamid-Säure sein. Polyamidsäuren werden anstelle eines praktisch unschmelzbaren polymerisieren Polyimide verwendet, da die Polyamidsäuren oder Polyaminsäuren lösungemittellöslich sind und in situ pyrolytisch zu einem thermisch stabilen Polyimidharz polymerisiert werden können.
Vor der pyrolytischen Polymerisation wird eine Lösung der Polyaminsäuren mit dem gewählten Füllstoff oder Verstärkungsmaterial in beliebigen Anteilen zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften in dem fertigen gehärteten verstärkten Polyimidharz gemischt. Die Anteile an trockenen Feststoffen können von 5 bis 95 # Füllstoff oder Verstärkungsmaterial variieren, der Rest ist dann Polyimidharz.
Die pyrolytische Polymerisation dieses Polyamidsäureanteils der zu verformenden Mischung wird unmittelbar vor der Formgebung als getrennte Vorstufe oder als Teil der Formgebung, die in einer Druckform erfolgt* durchgeführt. Wie in der US-Patentschrift 3 565 549, Spalte 3, erläutert wird, kann die pyrolytische Polymerisation im wesentlichen ohne Entwicklung flüchtiger
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Stoffe erfolgen. Es "braucht somit lediglich das Lösungsmittel duroh eine Trocknung "bei Temperaturen Ms zu 2600C entfernt zu werden, worauf man weiter Ms auf etwa 55O0O zur Zyklisierung der Polyamidsäuren unter Bildung der PolyimidYorpolymerisate erhitzt, wobei dann schließlich das mit Torpolymerisat imprägnierte Terstärkungsmaterial ein einheitliches Gebilde bildet.
Drücke bis zu 70 kg/cm2 (1000 Pfund/Zoll2) oder höher werden bei der abschließenden Formgebung angewendet und Temperaturen bis zu etwa 350 C werden solange aufrechterhalten, bis man vollständig gehärtete Harzgebilde mit guter Wärmestabilität bei hohen Temperaturen, z.B. bei Massetemperaturen von 35O0C und Oberflächentemperaturen bis zu 54O0C erhält.
Bei Wahl von Formen mit der richtigen Größe, Form und Bauart kann man aus den beschriebenen verstärkten PoIyiraidharzen plastische Diehtungselemente mit den gewünschten Eigenschaften zur Verwendung in einem Drehkorben-Verbrennungsmotor, wie er in der Zeichnung dargestellt ist, erhalten.
Die Verstärkungsmaterialien, die sich zur Erhöhung der Abnutzung- und Abriebbeständigkeit der Dichtungselemente als geeignet erwiesen haben, sind u.a. die folgenden, leichtgewichtigen, harten Materialien: Aluminiumoxyd, Zirkonoxyd, Titanoxyd, Aluminium mit einem hohen Siliciumgehalt, Aluminiumkarbid, Titankarbid, Bornitrid, Borkarbid, Vanadinkarbid, Chrom, Chromkarbid und andere hochschmelzende Metalle, Metalloxyde, Metallkarbide und Metallnitride.
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Das Erfordernis eines geringen Gewichts besteht insbesondere bei Scheiteldichtungen, bei denen der Mittelwert der Gesamtdichte nicht 2,3 g/cm übersteigen darf.
Schwere verstärkte Materialien können zur Verbesserung der Abnutzungs- und Abriebbeständigkeit im Fall von Seitendichtungen und Ölabdichtungen verwendet werden, wo der Mittelwert der Dichte des zusammengesetzten Körpers 2,3 g/cm übersteigen darf. Solche schweren Verstärkungsmaterialien sind z.B. Wolfram, Yfolframkarbid, Molybdän, Tantal, Tantalkarbid und andere hochschmelzende Metalle und deren Karbide mit hoher Dichte.
Die Forderung, daß das Dichtungselement äußerst fest und doch leichtgewichtig ist, kann durch Zusatz von Verstärkungsmaterial erfüllt werden, das die Festigkeit der fertigen geformten Gegenstands erhöht, z.B. Borfasern, die Reißfestigkeiten im Bereich von 50.000 Pfund/Zoll ergeben können; Zirkonfasern, die 200.000 Pfund/Zoll erreichen und sehr leicht sind, Magnesiumhaare, die extrem hohe Festigkeiten von bis zu 3.500.000 Pfund/Zoll erreichen. Kohle-Karbidfasern, sowie bestimmte Metallfasern können ebenfalls als Verstärkungsmaterial zur Erhöhung der Festigkeit der geformten Dichtung verwendet-werden. Andere Beispiele sind: Siliciumkarbid-Wolfram, das eine Zerreißfestigkeit von 200.000 Pfund/Zoll erreicht; Borkarbid-Wolfram, das eine Zerreißfestigkeit von 330.000 Pfund/ Zoll2 erreicht und Silicittmkarbid-Graphit-Bornitrid.
2ur Herabsetzung der Reibung zwischen der iagerflache und ihrer Kontaktfläche und damit die Scheiteldichtung trocken läuft oder selbstschmierend ist, kann das
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verstärkte, bei hoher Temperatur "beständige Polyiraidharz der Kunststoffdichtung die Reibung verringernde Füllstoffe, z.B. Graphit, feinteilige Kohle und Molybdändisulfid enthalten. Eine typische Scheiteldichtung gemäß der Erfindung besteht aus einem unter Druck verformten Polyimidraaterial, das Kohle-Graphitfasern zur Erhöhung der Festigkeit, Titankarbid zur Verleihung einer Abriebbeständigkeit und feinteiligen Graphit auf der dem Verschleiß ausgesetzten Oberfläche oder der lageroberfläche enthält, welcher eine geringe Reibung und die Fähigkeit trocken zu laufen verleiht.
Es folgen Beispiele verschiedener Zusammensetzungen geformter verstärkter Polyimidharze, die verschiedene Arten und Anteile von Verstärkungsmaterialien enthalten:
50 Gew.~$ Polyimidharz und 50 Gew.-$ einer Legierungsmatrix, enthaltend eine harte verschleißfeste Wolfraraphase mit einer Härte von etwa 2.800 Vickers (40) OP]J, in einer Matrix mit einer Härte von etwa 1.000 Vickers (40)
50 Gew.-^ Polyimidharz und 50 Gew.-^ Aluminium (Pulver).
50 Gew.-$ Polyimidharz und 50 Gew.-$ eines pulverför migen Überzugsmaterials, bestehend aus 12 bis 15 ^ Titanoxyd und mindestens 78 Gew.-$ Aluminiumoxyd
50 Gew.-^ Polyimidharz, 20 Gev,-f> feinteiliger Graphit und 20 Gew.-^ zerkleinerte Graphitfasern.
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Wenn der Hauptzweck des Füllstoffs darin besteht, der verstärkten geformten und gehärteten Polyimidharzzusammensetzung eine größere Verschleiß- und Abriebbeständigkeit zu verleihen, hat sich die VerVerwendung harter feinteiliger keramischer Stoffe, z.B. von Aluminiumoxyd (AIpO,), Zirkonoxyd, Titanoxyd und Mischungen derselben, sowie von Mischungen eines dieser keramischen Stoffe mit einem der vorstehend genannten schweren Verstärkungsmaterialien und/oder leichten, harten hochschmelzenden Materialien als Füllstoff als äußerst günstig erwiesen.
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Claims (21)

Patentansprüche
1.) Dichtungselement für den Kolben eines YerbrennungS-motors mit einer Lagerfläche aus einer geformten und ausgehärteten, einen die Festigkeit des Harzes verstärkenden Füllstoff enthaltenden Polyimidharzzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyimidharz das beim Erhitzen eines Polyimidvorpolymerisats der folgenden Formel
~~ O
1WA
auf eine Temperatur zwischen 20O0C und 35O°C gebildete unschmelzbare polymere Produkt ist, wobei in der Formel R Wasserstoff oder eine niedrige Alkylgruppe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen bedeutet, R.. und Rp eine aliphatische. oder aromatische Kohlenwasserstoffgruppe sind und η zwischen 0 und 8 beträgt, und weiter gekennzeichnet durch eine Massedichte des Dichtungselements von weniger als 0,1 Pfund/Zoll5.
2. Dichtungselement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mindestbiegefestigkeit von 5.270 kg/cm2 (75.000 Pfund/Zoll2).
3. Dichtungselement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Duktilität, die Stoßbelastungen von 280 Pfund,
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welche plötzlich über einen 2 3/4- Zoll linienkontakt auf die Fläche des Dichtungselements ausgeübt werden, ohne Ablösung zuläßt.
4.- Dichtungselement nach Anspruch \, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff eine Mischung aus feinteiligem und fasrigem Graphit ist.
5. Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnte, daß der Füllstoff eine Verschleiß- und Abriebbeständigkeit verleihende harte feinteilige keramische Stoffe enthält.
6. Dichtungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement eine Scheiteldichtung für einen Drehkolbenmotor ist.
7. Dichtungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß seine mittlere Gesamtdichte nicht mehr als 2,3 g/cm beträgt.
8. Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Fasern aus einem hochfesten, die Reibung verringernden Material enthält.
9. Dichtungselement nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch seine Mindestbiegefestigkeit 5.270 kg/cm (75.000 Pfund/Zoll2) und eine Duktilität, die Stoßbelastungen von 280 Pfund, welche plötzlich über einen 2 3/4- Zoll Linienkontakt auf die Fläche des Dichtungselements ausgeübt werden, ohne Ablösung zuläßt.
10. Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ein hartes hochschmelzendes
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Material der aus hoehschmelzenden Metallen und hochschmelzenden Metalloiden, deren Oxyden, Boriden, Karbiden, Nitriden und gemischen derselben bestehenden Gruppe enthält.
11. Dichtungselement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerfläche gleichzeitig als integrierender Bestandteil des Dichtungselements unter einem Druck bis zu 211 kg/cm2 (3.000 Pfund/Zoll2) und bei einer Temperatur oberhalb 2600C geformt wird.
12. Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyimidharz.ein Molekulargewicht von etwa 1.300 besitzt.
13. Dichtungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das geformte und ausgehärtete Polyimidharz die folgenden Eigenschaften besitzt:
Dichte bei 1,33 st tom' 000 Ϊ 400 - 12 000 p. S. i. Shorehärte bei 91,0 + 0,5 000 > 000 - . 6 000 P- S. i. Biegefestigkeit bei 770P = 10 000 - 490 000 p. S. i. Biegefestigkeit bei 55O°P — R 000 - 300 000 p. S. i. Biegemodul bei 77°P = 460 200 p.s.i. Biegemodul bei 55O0P = 280 700 p.s.i. Zugfestigkeit bei 77°P 7 000 p.s.i. bei 55O0P _. 5 000 p.s.i. Zugmodul bei 770P = 556 bei 55O0P = 346 Bruchdehnung fo bei 770P = 1,31 p.s.i. Bruchdehnung $ bei 55O0P = 1,82 p.s.i. Druckfestigkeit 77°P = 37 Drackraodul 770P = 419
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14· Dichtungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Scheiteldichtung mit. einem Mittelwert der Gesamtdichte von nicht über 2,3 g/cm hat und nahezu frei von "Vibrationen während des Betriebs eines diese Dichtung enthaltenden Drehkolbenmotors ist.
15. Drehkolbenmotor mit einem in einem Gehäuse mit einer trochoiden Innenfläche befindlichen Drehkolben und •mit Scheiteldichtungen zwischen dem Kolben und der Innenfläche, dadurch gekennzeichnet, daß er Scheiteldichtungen gemäß Anspruch 14 enthält.
16. Scheiteldichtung für einen Drehkolbenverbrennungsmotor, bei welchem die Scheiteldichturg eine Abdichtung zwischen 'einem Scheitel eines Rotors und einer trochoiden Innenfläche des Rotorgehäuses bewirkt, wobei die Dichtung eine äußere periphere Lagerfläche aus einem füllstoffverstärkten Harz mit endständigen Polyimidgruppen zum Gleitkontakt mit der TrοchoidfIache besitzt.
17« Scheiteldichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff graphitisch ist und die Lagerfläche trockenlaufend und selbstschmierend macht.
18. Scheiteldichtung nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff eine Mischung aus feinteiligem und fasrigem Graphit ist.
19. Scheiteldichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyimidharz gemäß Anspruch 1 erhalten wird.
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20. Scheiteldi.ch.tung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Lagerfläche der Dichtung ebenfalls aus füllstoffverstärktem Polyimidharz besteht·
21. Scheiteldichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung ein einheitliches geformtes Ge bilde aus ausgehärtetem Polyimidharz gemäß Anspruch 1 ist, in welchem der Füllstoff gleichmäßig dispergiert ist.
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DE2362940A 1972-12-18 1973-12-18 Dichtungselement fuer den kolben eines verbrennungsmotors Pending DE2362940A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US00316226A US3847518A (en) 1972-12-18 1972-12-18 Polyimide high-temperature resistant plastic sealing element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2362940A1 true DE2362940A1 (de) 1974-07-04

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