AT506497A2 - Komprimiertes dichtungsmaterial - Google Patents

Description

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Komprimiertes Dichtunasmaterial

Querverweis auf verwandte Anmeldung

Die Erfindung beansprucht die Priorität der am 7. Dezember 2006 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 60/873,390 mit dem Titel „Improved Compressed Gasketing Material“, die hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.

Hintergrund

Als Dichtungsmaterial verwendete Hochdruckplatten werden herkömmlicherweise hergestellt, indem ein Grundstoff aus Fasern mit einem Kautschukbindemittel gemischt und die sich daraus ergebende Mischung mit Druck beaufschlagt und einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wird. Bei dem standardmäßigen Verfahren zur Herstellung von Hochdruckplatten werden zwei formbare Massen mit getrennten Komponenten gemischt, wobei es sich bei beiden um wesentliche Komponenten bei der Fertigung des Hochdruckplattenprodukts handelt. Die als formbare Grundkörpermasse bezeichnete Hauptkomponente wird zum Beispiel in einem großen Trommelmischer gemischt, kann aber bekanntlich auch in jedem aus einer Reihe unterschiedlicher Arten von Mischern gemischt werden. Zu den Komponenten dieser formbaren Masse gehören üblicherweise zum Beispiel Elastomere wie etwa Kautschukwerkstoffe, Fasern, Füllstoffe wie etwa Ton und geringe Mengen anderer Materialien wie Vulkanisationskomponenten, Antioxidantien und/oder Färbemittel, die dem Fachmann auf dem Gebiet der Kautschukmischungstechnik bekannt sind.

Hochdruckplatten werden üblicherweise auf einer Zweiwalzen-Plattenmaschine wie etwa einer Troester-Maschine hergestellt, die ein Paar Walzen aufweist, die übereinander angeordnet sind. Die untere Walze ist üblicherweise als größere, beheizte Walze vorgesehen, während die obere Walze in Form einer kleineren, normalerweise unbeheizten Walze vorgesehen ist. Für die herkömmliche Platte auf einer Maschine dieser Art wird zunächst eine Menge an Ausgangsmasse auf der Heizwalze aufgebaut. Dann wird eine Menge an Grundkörpermas- se in den Walzenspaft zwischen die zwei sich drehenden Walzen zugegeben. Auf der Heizwalze wird ein Hochdruckplattenmaterial mit der gewünschten Stärke gebildet und kann dann abgenommen und auf einem Tisch oder einer anderen Unterlage abgelegt werden.

Die Hochdruckplatten werden zur Bildung von Dichtungen verwendet, die zum Beispiel zwischen Flansche einer Rohrleitungsverbindung eingesetzt werden können, um zwischen den Stirnflächen der Flansche eine Abdichtung herzustellen. Das übliche Dichtungsmaterial wird mit einer eher geringen Menge an Kautschukbindemittel in der Größenordnung von 10-15 Gew.-%, einer Menge an Ton in der Größenordnung von höchstens 20%, der in erster Linie als Füllstoff dient, sowie einer Menge an Fasern gebildet, die das Material Zusammenhalten. Komprimierte flächige Dichtungsmaterialien bieten allgemein eine sichere Abdichtung gegenüber Fluiden, jedoch nur, wenn sie mit sich in gutem Zustand befindenden Flanschen verwendet werden und wenn ausreichend Druck zur Sicherstellung einer vollständigen Abdichtung aufgebracht wird. Ein Nachteil früherer flächiger Dichtungsmaterialien liegt darin, dass zur Schaffung einer angemessenen Abdichtung eine relativ hohe Klemmkraft erforderlich ist. Derartige flächige Dichtungsmaterialien sind jedoch üblicherweise nicht fest genug, um dem nötigen Klemmdruck standzuhalten.

Flächige Dichtungsmaterialien, die etwa 20% Bentonit in der Zubereitung enthalten, quellen in Ölen bekanntlich auf und stellen somit eine Abdichtung bei Anwendungen wie etwa Pumpen, Maschinen und Motoren zur Verfügung. Es hat sich jedoch nicht gezeigt, dass sie in Wasser eine verbesserte Abdichtung schaffen. Darüber hinaus stellen zwar einige flächige Dichtungsmaterialien eine ausgezeichnete Abdichtung her, wenn sie in einem Quellungsmedium wie öl oder Wasser eingeweicht werden, Betriebsabläufe mit häufigen Anfahr- und Abschaltzyklen können sich jedoch für die mit hochquellfähigen Plattenzubereitungen einhergehenden Leistungssteigerungen als hinderlich erweisen. Dementsprechend besteht derzeit ein Bedarf an einem verbesserten komprimierten flächigen Dichtungsmaterial, das sich besonders für einen wirksamen Betrieb in Öl- und Wassermedien sowie auch dann eignet, wenn die Prozessleitung trocken ist.

Kurzfassung

NACHGEREICHT 3

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Die vorliegende Kurzfassung ist zur Einführung einer Auswahl an Konzepten in einer vereinfachten Form vorgesehen, die im folgenden in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. In dieser Kurzfassung sollen keine Hauptaspekte oder wesentlichen Gesichtspunkte des beanspruchten Gegenstands festgestellt werden. Zudem ist diese Kurzfassung nicht dazu gedacht, als Hilfe bei der Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands zu dienen.

Ein Merkmal und ein Vorteil der vorliegenden Technik besteht darin, ein verbessertes, komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial mit außerordentlich hohem Quellvermögen in öl- und Wassermedien zu schaffen, das sich besonders für einen wirksamen Betrieb in öl- und Wassermedien eignet.

Eine zusätzliche Aufgabe und ein zusätzliches Merkmal der vorliegenden Technik besteht darin, ein verbessertes, komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial mit hoher Kompressibilität zu schaffen, das auch bei trockener Prozessleitung wirksam funktioniert.

Zur Erzielung der angegebenen sowie weiterer Merkmale, Vorteile und Aufgaben wird mit Ausführungsformen der vorliegenden Technik ein verbessertes, komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial zur Verfügung gestellt, bei dem eine Kombination aus einem hohen Elastomergehalt und einem hohen Quellmediumgehalt wie etwa Bentonit zum Einsatz kommt, um sowohl ein hohes Quellvermögen zu schaffen, das bei Übergießen mit dem Quellmedium eine ausgezeichnete Abdichtung ergibt, als auch eine hohe Kompressibilität, die eine ausgezeichnete Abdichtung bei trockener Prozessleitung ergibt. Bei einem Aspekt der Technik wird ein Plattenmaterial mit einem hohen Gehalt an einem Bestandteil wie etwa Bentonit-Ton hergestellt, der sowohl in Wasser als auch in Öl quillt, und bei einem weiteren Aspekt hat die Platte ferner einen hohen Gehalt an Elastomer, das zur leichten Abdichtung bei geringer Schraubenkraft eine hohe Kompressibilität ergibt.

Um das hohe Maß an Quellvermögen in Öl und Wasser aufrechtzuerhalten, kann der Gehalt am Quellmediumbestandteil wie dem Bentonit-Ton zwischen 30 und 60% liegen. Um die hohe Kompressibilität aufrechtzuerhalten, kann der Kautschukgehalt zwischen 20 und 30% liegen. Hinsichtlich der übrigen Komponenten des flächigen Dichtungsmaterials für Ausführungsformen der Technik kann jede

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·· ··« • · · ♦ • · · ♦ ·· ·· bei Hochdruckplattenzubereitungen üblicheniveise verwendete Faser wie etwa jede Art von neuem oder wiederaufbereitetem Polyamid, 100-prozentigem para-Aramid oder eine Mischung, die meta-Aramid, Graphit- bzw. Kohlenstofffaser, Mineralfaser, Polyacrylat, Cellulose-, Nylon-, Keramikfaser, Sepiolith, Asbest oder Glasfaser aufweist, zum Einsatz gelangen.

Zusätzliche Aufgaben, Vorteile und neuartige Merkmale der Technik werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt und zum Teil dem Fachmann bei Prüfung des Nachstehenden besser ersichtlich bzw. gehen aus der Umsetzung der Technik hervor.

Ausführliche Beschreibung

Im folgenden werden Ausführungsformen vollständiger und ausreichend detailliert beschrieben, damit der Fachmann in die Lage versetzt wird, das System und das Verfahren auszuführen. Jedoch können Ausführungen in vielen verschiedenen Formen durchgeführt werden und sind nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt auszulegen. Daher ist die nachstehende ausführliche Beschreibung nicht als einschränkend zu verstehen.

Durch Ausführungsformen der vorliegenden Technik wird ein verbessertes komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial unter Verwendung einer Kombination aus einem hohen Elastomergehalt und einem hohen Quellmediumgehalt geschaffen. Bezüglich der Nutzung mit Wasser und einiger Nutzungsmöglichkeiten mit Ol berücksichtigen Ausführungsformen der Technik die Quellung in Wasser bzw. Öl, um die Abdichtung bei relativ geringer Schraubenkraft zu verbessern, wenn die Flansche zusammengeklemmt werden. Bentonit-Ton, der in Wasser und in Ölen sehr gut quillt, ist zwar in der Vergangenheit in verhältnismäßig geringen Anteilen bei flächigem Dichtungsmaterial verwendet worden, in der Größenordnung von höchstens 20 Gew.-%, bei Ausführungsformen der vorliegenden Technik kommen jedoch relativ hohe Anteile an einem Quellmedium wie Bentonit-Ton zum Einsatz, mehr als 20 Gew.-% und vorzugsweise im Bereich von 45 Gew.-%. Bei einem Aspekt erzeugt der hohe Anteil an Quellmedium in dem flächigen Dichtungsmaterial eine Kraft auf die aneinander angrenzenden Flanschflächen, wodurch eine dichtere Abdichtung geschaffen wird.

Es hat sich zwar herausgestellt, dass komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial mit einem hohen Gehalt an Quellmedium wie etwa Bentonit-Ton weitaus wirksamer ist als frühere flächige Dichtungsmaterialien mit relativ geringen Anteilen an Quellmedium, jedoch ist die Lösung mit dem hohen Gehalt an Quellmedium unter bestimmten Umständen, wie etwa bei einer zyklischen Belastung mit Wasser und/oder ölen, bei einer Ausführungsform der Technik üblicherweise weniger widerstandsfähig. In dieser Hinsicht ist festgestellt worden, dass bei Verringerung oder Beseitigung der Belastung mit Wasser und/oder ölen sich die Quellung des Dichtungsmaterials vermindert. Wird das System anschließend mit Wasser und/oder öl beaufschlagt, dann befindet sich das Dichtungsmaterial anfangs nicht im gequollenen Zustand und bringt infolgedessen anfangs keine starke Kraft auf die Flanschflächen auf, was mit einer dichteren Abdichtung verbunden ist. Bei einer Anwendung wie etwa der Wasserversorgung oder der Stromerzeugung, bei der es eventuell notwendig ist, das System regelmäßig, z.B. täglich oder wöchentlich, trockenzulegen, gibt es dementsprechend eine Zeitspanne, nachdem das System wieder beaufschlagt wird, während der potentielle Lecks auftreten können, bevor das Dichtungsmaterial vollständig aufquillt und sich den Flanschen anpasst. Zur Verbesserung der Wirksamkeit des flächigen Dichtungsmaterials unter solchen Bedingungen können Ausführungsformen der Technik relativ hohe Anteile an Kautschuk in der Zubereitung für die flächige Dichtung enthalten, um die Kompressibilität des Dichtungsmaterials zu verbessern und dadurch auch bei Bedingungen mit geringer Last eine adäquate Abdichtung zu erzielen, wie etwa unter solchen Umständen, in denen das öl- und/oder Wassermedium das System nicht beaufschlagt.

In Tabelle I ist ein Beispiel für Anteile an den Komponenten einschließlich Bentonit als Quellmediumkomponente und Naturkautschuk und Styrol-Butadien-Kautschuk als Elastomerkomponenten für das verbesserte komprimierte Dichtungsmaterial für Ausführungsformen der Technik veranschaulicht.

Tabelle I

Gewichtsprozent 5,0% 20,1% 14,5%

Komponente:

Naturkautschuk

Styrol-Butadien-Kautschuk

Polyamidfaser -6- ·« ·· · ·· ·« ·* • · · · · · · t · • ♦ · · · · ··· ·· ··· • « · ···· · # · · · • ·· · · · ·· ·· »

Siliciumdioxid-Hydrat 13,6% Bentonit-Ton 45,3% Antioxidans 0,2% Zinkoxid (vulkanisierend) 0,7% Schwefel 0,4% Vulkanisationsbeschleuniger 0,2%

Es wurden zwar Beispiele für einen bestimmten Anteil an Bentonit als Quellmedium und an Naturkautschuk und Styrol-Butadien-Kautschuk als Elastomer angegeben, jedoch sollte klar sein, dass der Gehalt an Bentonit-Ton für Ausführungsformen der Technik zwischen etwa 30 und 60% liegen kann, während er ein hohes Maß an Quellfähigkeit in öl und/oder Wasser aufrechterhält, und der Elastomergehalt zwischen 20 und 30% liegen kann. Es sollte auch klar sein, dass Bentonit zwar bei einer bevorzugten Ausführungsform als Quellmedium verwendet wird, aber auch jedes andere geeignete Quellmittel wie etwa andere Tone oder ähnliche Werkstoffe einschließlich Montmorillonit eingesetzt werden können. Es sollte ferner klar sein, dass das Dichtungsmaterial für Ausführungsformen der Technik jede Faser enthalten kann, die üblicherweise bei Hochdruckplattenzubereitungen verwendet wird, wie etwa neues oder wiederaufbereitetes Polyamid, 100-prozentiges para-Aramid oder eine Mischung, die meta-Aramid, Graphit- bzw. Kohlenstofffaser, Mineralfaser, Polyacrylat, Cellulose-, Nylon-, Keramikfaser, Sepiolith, Asbest oder Glasfaser aufweist.

In Tabelle II ist ein Beispiel für Prüfergebnisse einer bevorzugten Zubereitung im Vergleich mit der zweier Dichtungsprodukte veranschaulicht. Verglichen mit zwei standardmäßigen flächigen Dichtungsprodukten bewirkt der Bentonit-Ton eine bedeutende Verbesserung des Quellverhaltens der bevorzugten Ausführungsform der Technik.

Tabelle II ASTM F-146, destilliertes Wasser, Dickenänderung, % Bevorzugte Ausführungsform 29,5 Produkt „A“ 2,6 Produkt „BÄ 13,3

| NACHGEREICHT 7 • * • · · • · · • ·

In der Figur 1 ist das Verhalten eines gemäß der derzeitigen Technik hergestellten flächigen Dichtungsmaterials verglichen mit zwei herkömmlichen Erzeugnissen gezeigt. Bei dem Versuch wird ein Dichtungsmaterial bei 20 Pfund Druck zwischen zwei glatte Flansche gelegt. Das System wird dann bei 300°F in ein gewöhnliches öl eingetaucht und die Kraft auf die Flansche wird Ober die Zeit gemessen. Das in der Technik beschriebene Dichtungsmaterial quoll in dem öl, was eine deutliche Verbesserung der Dichtkraft bewirkte. Verglichen mit Höchstniveaus von 65 bzw. 25 Pfund in den anderen beiden Fällen erreichte die Verbesserung der Dichtkraft ein Niveau von über 100 Pfund; bei der bevorzugten Ausführungsform hielt die Dichtkraft ein Niveau von über 90 Pfund über zwei Wochen aufrecht, während die Erzeugnisse der Wettbewerber über den gleichen Zeitraum auf unter 30 Pfund nachließen.

Die obigen Ausführungsformen wurden zwar mit Formulierungen beschrieben, die für bestimmte Strukturen, Elemente, Zusammensetzungen und methodologische Schritte spezifisch sind, es sollte sich aber verstehen, dass die in den beigefügten Ansprüchen definierte Technik nicht unbedingt auf die beschriebenen spezifischen Strukturen, Elemente, Zusammensetzungen und/oder Schritte beschränkt ist. Vielmehr sind die spezifischen Aspekte bzw. Schritte als Formen zur Durchführung der beanspruchten Technik beschrieben. Da viele Ausführungsformen der Technik umgesetzt werden können, ohne vom Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen, liegt die Erfindung in den hier im folgenden beigefügten Ansprüchen.

NACHGEREICHT

Claims (13)

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   ·· Patentansprüche 1. Komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial mit einem Grundkörper, der ein Quellmedium in Höhe von etwa 30 Gew.-% bis 60 Gew.-% des Grundkörpers, ein Elastomer in Höhe von etwa 20 bis 30 Gew.-% des Grundkörpers sowie einen Fasergrundstoff aufweist.
2. 2. Komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, bei dem das Quellmedium aus einem Tonmaterial besteht.
3. 3. Komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial nach Anspruch 2, bei dem das Quellmedium aus Bentonit-Ton besteht.
4. 4. Komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, bei dem das Quellmedium aus Montmorillonit besteht.
5. 5. Komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, bei dem die Faser aus einem Polyamid besteht.
6. 6. Komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, bei dem die Faser aus einem wiederaufbereiteten Polyamid besteht.
7. 7. Komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, bei dem die Faser aus einem para-Aramid besteht.
8. 8. Komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, bei dem die Faser aus einem oder mehreren Materialien besteht, die aus der aus einem meta-Aramid, Graphit- bzw. Kohlenstofffaser, Mineralfaser, Polyacrylat, Cellulose-, Nylon-, Keramikfaser, Sepiolith, Asbest und Glasfaser bestehenden Gruppe ausgewählt sind.
9. 9. Komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, bei dem das Elastomer aus einem Naturkautschuk besteht.
10. 10. Komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, bei dem das Elastomer aus Styrol-Butadien-Kautschuk besteht. NACHGEREICHT -9- -9- ·· ♦· • · · • · · « · · • · · ♦ · ·♦ J·· ·· ··· • ♦ · « · , * · # * * « ·· tt «·
11. 11. Komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, bei dem das Elastomer aus einer Mischung aus Naturkautschuk und Styrol-Butadien-Kau-tschuk besteht.
12. 12. Komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, bei dem das Elastomer aus Nitrilkautschuk besteht.
13. 13. Komprimiertes flächiges Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, bei dem das Elastomer aus einer Mischung aus Naturkautschuk und Nitrilkautschuk besteht. I NACHGEREICHT