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Die
Erfindung betrifft eine Dichtungsschnur mit einem Kern und einer den
Kern umschließenden Umhüllung.
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Ein
Problem bei der Entwicklung der Konstruktion der Dichtungseinheit
ist die Sicherheit. Dabei ist zu bemerken, dass die Sicherheit der
Absperr- und Regelarmatur von der Dichtungssicherheit des Stockes
direkt abhängig ist und zwar von dem Charakter der Zusammenwirkung
zwischen der Dichtung und der abzudichtenden Stockoberfläche.
Die Sicherheit der Flanschverbindung hängt in erster Linie von
der Form und der Größe der Flanschverbindung ab.
Dies ist mit dem Problem der Herstellung des Transportes zur Installationsstelle
und der Montage der Flanschverbindung verbunden. Insofern braucht man
oft die Dichtung für den Stock der Absperr- oder Regelarmatur
und die Flanschverbindung gleichzeitig. Außerdem ist es
wünschenswert, den Stock der Absperr- und Regelarmatur
als auch die Flansche dieser Armatur gleichzeitig abzudrücken.
Als Alternative gilt heute nur die Anwendung von Stopfbuchsendichtungen.
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Die
meisten hergestellten Stopfbuchsendichtungen bestehen aus geflochtenen,
mit Schmierstift getränkten Faserträgern (
US-Nr. 3,646,846 ,
GB-Nr. 12 88 878 ,
JP-Nr. 55-17261 ). Beim
erstmaligen Anziehen wird die abzudichtende Verbindung zwischen den
Fasern des Trägers und durch teilweises Auspressen des
Schmierstoffes verdichtet. Beim Gebrauch wird der Schmierstoff allmählich
aus der Packung ausgespritzt. Als Ergebnis verliert die Packung ihre
Elastizität. Bei weiterem Anziehen wird eine bessere Abdichtung
unmöglich. Außerdem sind für diese Packungen
Wärme- und Kraftadhäsion an den abzudichtenden
Oberflächen typisch. Deswegen ist es erforderlich, bei
jedem Packungsersatz die abzudichtenden Oberflächen zu
bearbeiten. Das erschwert den Ersatzvorgang und kann die Beschädigung
der abzudichtenden Oberflächen verursachen. Es muss darauf
hingewiesen werden, dass diese Dichtungspackungen beim übermäßigen
Kraftangriff zerstört werden können. Für
die Erhöhung der Festigkeitseigenschaften werden die Dichtungspackungen
bewehrt. Bekannt ist eine Stopfbuchsendichtung, die mit Bewehrungsfäden
versehen ist (
US-Nr. 6,572,117 ),
wobei die Endabschnitte derselben sich überlappen. Derartige
Stopfbuchsendichtungen gewährleisten eine Hochleistungsabdichtung,
doch für diese Packung ist auch Wärme- und Kraftadhäsion an
den abzudichtenden Oberflächen typisch.
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Es
gibt auch eine Packungsschnur für eine Stopfbuchsendichtung
aus einem Graphit-Band, das in Längsrichtung gefaltet ist
und einen Schichtstreifen darstellt (
JP-Nr. 602 7546 B4 ). Zwischen den Streifenschichten
wird eine Verstärkungseinlage zusammengepresst. Dasselbe
Band ist auch auf der äußeren Seitenoberfläche
des Schichtstreifens angeordnet. Durch den Verstärkungsstreifen
werden die Festigkeitseigenschaften der Dichtungsschnur verbessert,
aber gegen das Abbröckeln des Graphits unter dem Einfluss
von der Anziehungskraft helfen diese Streifen nicht.
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Die
Nachteile der genannten Packungsschnur für die Stopfbuchsendichtung
wurden teilweise bei einer Dichtung (
JP-Nr. 308 4354 B2 ) beseitigt. Bei dieser
Dichtung wird die äußere Oberfläche des Graphit-Bandes
mit einem dünnen Metalldraht, Metallnetz oder Metallfasern
bedeckt. Wegen dieser Metallbewehrung wird die Dichtung starr und
man kann sie nicht zu einem Ring biegen. Es ist daher schwer, aus
solchem Material eine Flansch-Dichtung herzustellen.
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Es
ist aus der
US-Nr.
5,605,431 A1 ein weiteres Material und eine aus ihm hergestellte
Dichtung bekannt. Bei diesem Material ist ein verlängerter Block
aus einigen Graphit-Wellschichten mit Verstärkungseinlagen
aus organischen Fasern vorgesehen. Um diesen Block herum befindet
sich ein Bewehrungsmantel aus Trikotstoff. Daher ist der Block sehr starr
und es ist schwer, daraus einen Ring zu biegen. Man kann daher aus
einem solchen Material keine Flansch-Dichtung herstellen. Ein anderer
Nachteil dieses Materials besteht darin, dass das Fasermaterial,
aus dem der Bewehrungsmantel hergestellt ist, bei einem Durchschnitt
zerstört wird. Als Folge davon werden die Fäden
auf der Blockoberfläche ausgefasert und diese Stelle der
Dichtung wird als kritisch verworfen.
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Am
nächsten zur Erfindung ist eine Dichtungsschnur betrachtet,
die einen Kern aus einer Packung mit quadratischem Querschnitt aus
den einzelnen gezwirnten Strängen aufweist und mit einer
diesen Kern bedeckenden Umhüllung aus Trikotfäden besteht
(
WO 91/12446 ). Die
Stränge werden aus dem erweiterten Graphit hergestellt,
der mit einem Bindemittel an den Oberflächen der längs
verlaufenden Bewehrungsfäden befestigt ist. Sofern die
Dichtungspackung mit quadratischer Querschnittsform aus einzelnen
gezwirnten Strängen besteht, ist sie in den senkrecht zueinander
liegenden Ebenen biegsam. Deshalb kann diese Dichtungsschnur als
Stopfbuchsendichtung, sowie als eine Dichtung für eine Flansch-Verbindung
verwendet werden.
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Da
die Fäden als Basismaterial für die Dichtungspackung
auftreten und die Umhüllung auch aus den Trikotfäden
hergestellt wird, werden die Flechtverbindungen der Monofilfäden
beim Schnitt der Dichtungsschnur zerstört. Als Folge davon
werden die auf der Schnittoberfläche gebildeten Enden der Monofilfäden
ausgefasert, so dass eine aus solch einer Schnur hergestellte Dichtung,
sowohl als Flansch-Dichtung als auch eine Stopfbuchsendichtung eine
ungleichmäßige Stärke aufweist. Dies
wirkt sich negativ auf die Dichtungssicherheit aus. Außerdem
sind die Trikotfäden der Umhüllung auf Wärme- und
Kraftadhäsion anfällig, deswegen kann beim Dichtungsersatz
eine Vorbereitung der abzudichtenden Oberflächen erforderlich
sein. Die Ausführung der Umhüllung aus den Trikotfäden
kann beim Axiallastangriff der Dichtung zu ihrem Auspressen in die Spalte,
z. B. in die Spalte der Stopfbuchsenkammer, führen. Die
weiche Umhüllung der Dichtungsschnur aus dem Trikotzwirn
ermöglicht keine zwangsläufige Querschnittsumformung
von einer quadratischen in eine rechteckige Form und damit keine
Erweiterung des Anwendungsbereiches der Dichtungsschnur.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine universelle Dichtungsschnur zu schaffen,
die für die Abdichtung sowohl einer Stopfbuchsenkammer
als auch einer Flansch-Verbindung in breitem Größenbereich verwendet
werden kann.
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Das
technische Ergebnis wird dadurch erreicht, dass der Kern als Packung
quadratisch ausgebildet ist und aus gezwirnten Einzelsträngen
besteht, dass die Packung von einer Umhüllung aus porösem Polytetrafluoräthylen-Band
umwickelt ist, wobei das Polytetrafluoräthylen-Band spiralförmig
gewickelt und in Längsrichtung gespannt ist und wobei die
Spiralwindungen sich in Wickelrichtung teilweise überlappen.
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Die
neue Dichtungsschnur verbreitert den Anwendungsbereich der Dichtungsschnur,
dabei wird bei einem Durchschnitt der Monofilfäden die
Gewährleistung der Dichtung der Dichtungsschnur garantiert.
Die Erhöhung des elastischen Verhaltens der Dichtungsschnur
und der Ausschluss der Wärme- und Kraftadhäsion
an den zu dichtenden Oberflächen verbessern die neue Dichtungsschnur.
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Die
Dicke des porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes
beträgt nach einer Ausgestaltung der Erfindung 0,045 bis
0,25 mm. Zudem weist das poröse Polytetrafluoräthylen-Band
eine Gesamtporosität von 35 bis 60% auf.
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Vorzugsweise
wird das Polytetrafluoräthylen-Band in mehreren Schichten
aufgebracht, wobei die Schichten entweder diagonal einseitig oder
diagonal gekreuzt aufgewickelt werden.
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Die
gezwirnten Stränge der Dichtungspackung können
in Form von Fädenverflechtungen aus organischen und/oder
anorganischen Stoffen ausgebildet sein.
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Zweckmäßigerweise
sind zwischen der Dichtungspackung und ihrer Umhüllung
mindestens zwei Wellenbänder aus erweitertem Graphit untergebracht
und zwar auf zwei gegenüberliegenden Seiten. Dabei können
mittels Aufkleber die Seiten der Dichtungspackung gekennzeichnet
werden, auf denen die Wellenbänder untergebracht sind.
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Die
Besonderheit der neuen Dichtungsschnur besteht darin, dass die aus
den einzelnen, gezwirnten Strängen gebildete Dichtungspackung
mit quadratischem Querschnitt und ihre spiralartig und überlappend
aufgewickelte Umhüllung aus porösem Polytetrafluoräthylen-Band
eine feste Dichtungsschnur bilden. Bei der Spannung beim Aufwickeln des
porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes wird Luft aus
den Poren des Bandes ausgepresst. Als Ergebnis davon gibt es eine
Luftverdünnung an der Kontaktstelle zwischen dem Band und
der Dichtungspackung. Dies gewährleistet eine sichere Verbindung des
Bandes mit der Packung, die Adhäsionshaftung des porösen
Polytetrafluoräthylen-Bandes zur Dichtungspackung fehlt.
Die Haftkraft zwischen den Schichten des porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes an
den Überlappungsstellen ist wesentlich stärker,
da zwischen den Schichten des Bandes eine Luftverdünnung
erfolgt. Eine solche Dichtungsschnur kann für eine Querschnittsveränderung
zwangsläufig deformiert werden, um den Verwendungsbereich
der Dichtungsschnur zu verkleinern und zu vergrößern. Insofern
ist die Dichtungspackung von der abzudichtenden Oberfläche
ganz isoliert, es gibt keine Wärme- und Kraftadhäsion
zu der abzudichtenden Oberfläche.
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Die
mehrschichtige Packungswicklung fordert, trotz der Porenstruktur
ihrer Umhüllung, die Erhöhung der Dichtungseigenschaften
der Dichtungsschnur. Außerdem wird das elastische Verhalten
des Packungsmaterials beibehalten und die Verformungsmöglichkeit
der Dichtungsschnur wird größer. Beim Durchschnitt
wird die Dichtungsschnur nicht ausgefasert, weil die Packung eng
mit der Umhüllung verbunden ist. Bei einer Flansch-Verbindung
verbinden sich die Enden der Dichtungsschnur an den Stoßstellen
beim Anziehkraftangriff gegenseitig wegen der erhöhten
Deformation des porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes
in Querrichtung. Bei den Stopfbuchsendichtungen werden die Enden
der Dichtungsschnur wegen der Deformation des porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes
in der Querrichtung der Schnittkante entlang umhüllt.
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Die
Erfindung wird anhand von in den Abbildungen erläuterten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Dichtungsschnur nach der Erfindung in Perspektivdarstellung,
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2 eine
Dichtungsschnur unter dem diagonal einseitigen Aufwickeln eines
Polytetrafluoräthylen-Bandes,
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3 eine
Dichtungsschnur mit dem diagonal gekreuzten Aufwickeln eines Polytetrafluoräthylen-Bandes
und
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4 eine
Perspektivdarstellung von der Dichtungsschnur mit den zusätzlichen
Wellbändern aus dem erweiterten Graphit.
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Die
in 1 dargestellte Dichtungsschnur 1 schließt
den Kern 2 aus der Packung 3 mit quadratischer
Grundform ein, die aus einzelnen gezwirnten Strängen 4 besteht.
Auf der Packung 3 ist ein spiralförmig aufgebrachtes
Polytetrafluoräthylen-Band 6 als aufgewickelte
Umhüllung 5 aufgebracht. Jede aufgewickelte Spiralwindung
des Polytetrafluoräthylen-Bandes 6 überlappt
teilweise die vorherige Spiralwindung.
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Die
gezwirnten Stränge 4 der Dichtungsschnur 1 sind
in Form von Fädenverflechtungen sowohl aus organischen,
als auch anorganischen Stoffen ausgeführt.
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Als
organische Stoffe können Tetrafluoräthylen, Aramid,
Polypropylen oder Nylon verwendet werden. Als anorganische Stoffe
können Glasfasern verschiedener Marken sowie Keramik, Quarz-
und Kohlefasern verwendet werden. Die genannten organischen und
anorganischen Stoffe werden nur als Beispiel angeführt,
der Kreis der möglichen Einsatzmaterialien wird damit nicht
begrenzt.
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Die
Dicke des porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes
beträgt 0,045 bis 0,25 mm. Das poröse Polytetrafluoräthylen-Band
mit dem niedrigsten Wert (0,045 mm) wird dann verwendet, wenn besondere Forderungen
an die Flexibilität der Dichtungsschnur gestellt werden.
Diese Anforderungen sind bei der Verwendung in kleinen Stopfbuchsenkammern
besonders aktuell, wenn der Spielraum zwischen dem Stock und dem
Stopfbuchsenkammergehäuse klein ist. Das poröse
Polytetrafluoräthylen-Band mit dem höchsten Wert
(0,25 mm) gewährleistet eine annehmbare Flexibilität
der Dichtungsschnur bei hoher Sicherheit der Dichtung. Die Gesamtporosität
des porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes sollte
35 bis 60% sein. Mit der Porositätserhöhung von
Polytetrafluoräthylen steigert sich auch seine Formänderungsfähigkeit
in Querrichtung. Beim niedrigsten Dichtewert ist die Dichtungsschnur
weniger flexibel als beim höchsten Dichtewert. Die Dichtewahl
wird dadurch von den technischen Forderungen an die Dichtungsschnur
bestimmt. Das Aufwickeln des porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes 6 um
die Packung 3 der Dichtung wird mit der Spannung der Überlappung durchgeführt.
Als Folge sind die Möglichkeit des Kontaktes sowie die
Möglichkeit der Adhäsionshaftung zwischen der
Packung 3 und den abzudichtenden Oberflächen völlig
ausgeschlossen. Das Aufwickeln des porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes 6 um
die Packung 3 herum kann entweder diagonal einseitig (2)
oder diagonal gekreuzt (3) erfolgen. Das Wickelverfahren
ist dabei nicht prinzipiell. Aber in beiden Fällen soll
das Aufwickeln mehrschichtig sein, was für den Aufbau einer
sicheren Dichtungsschnur wichtig ist. Die Bildung der festen Dichtungsschnur verläuft
als Folge des teilweisen Luftauspressens aus den Bandporen bei der
Spannung beim Aufwickeln des porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes 6. Als
Ergebnis gibt es eine gewisse Luftverdünnung an der Kontaktstelle
zwischen dem Band 6 und der Packung 3. Diese Luftverdünnung
gewährleistet eine sichere Verbindung des Bandes 6 und
der Packung 3, eine Adhäsionshaftung des porösen
Polytetrafluoräthylen-Bandes 6 zur Packung 3 fehlt
jedoch. Die Haftkraft der Schichten des porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes 6 zwischen
aufeinander folgenden Überlappungsstellen ist wesentlich
stärker, weil die Luftverdünnung in beiden Paarungsflächen
der Bandwindungen passiert. Solche Dichtungsschnüre können für
die Querschnittsänderung zwangsläufig deformiert
werden, was mit der Vergrößerung und der Verkleinerung
der Dichtungsbreite ermöglicht den Anwendungsbereich zu
erweitern.
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Das
mehrschichtige Aufwickeln schließt das Aufblättern
der Dichtungsschnur 1 beim zusätzlichen Lastangriff
aus, erlaubt jedoch, von einer Seite aus die Dichtung der Packung 3 zu
gewährleisten und fordert von der anderen Seite aus die
Erhaltung ihres elastischen Verfahrens. Die Wahl der Anzahl der Wicklungsschichten
wird durch den Verwendungszweck der Dichtungsschnur 1 bestimmt
und hängt im Großen und Ganzen von der Aggressivität
des Mediums und von seinen Parametern ab. Je aggressiver das Medium
ist und je höher seine Parameter sind, desto mehrere Schichten
des porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes 6 sollen
um die Packung 3 herum gewickelt sein. Aber es ist praktisch
getestet, dass die Erhöhung der Schichten des Polytetrafluoräthylen-Bandes 6 bis
mehr als 6 Schichten unzweckmäßig ist,
weil diese Anzahl von Schichten die Beständigkeit der Dichtungsschnur 1 gegen
die Aggressivität des Mediums gewährleistet und
jede zusätzliche Schicht des Polytetrafluoräthylen-Bandes 6 sich
wesentlich auf die Flexibilität der Dichtungsschnur 1,
d. h. den Bedienungskomfort, auswirkt.
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Die
Packung 3 ist eng mit der Umhüllung 5 verbunden,
so dass die Dichtungsschnur 1 beim Querschnittsdurchschnitt
nicht ausfasert.
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Bei
den Flanschverbindungen verbinden sich die Enden der Dichtungsschnur 1 an
den Stoßstellen durch die Anziehungskraft gegenseitig und zwar
wegen der Deformation des porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes 6 in
Querrichtung. Bei den Stopfbuchsendichtungen werden die Enden der Dichtungsschnur 1 aufgrund
der Deforma tion des porösen Polytetrafluoräthylen-Bandes 6 in
Querrichtung der Schnittkante umhüllt.
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Für
die Abdichtung der Medien mit hohen Druck- und Temperaturwerten
werden Wellenbänder 7 aus dem erweiterten Graphit
zwischen der Packung 3 und der bedeckenden Umhüllung 5 verwendet,
wie 4 zeigt. Dabei sind die Wellenbänder 7 mindestens
auf den beiden Gegenseiten der Packung 3 angeordnet. Diese
Wellenbänder 7 geben der Dichtungsschnur 1 beim
Kontakt mit den abzudichtenden Oberflächen eine zusätzliche
Elastizität. Das Wellenband aus erweitertem Graphit kann
in das Polytetrafluoräthylen-Band 6 eingehüllt
werden. In diesem Fall wird ein Abbröckeln des erweiterten
Graphits beim Beladen der Dichtungsschnur 1 ausgeschlossen.
Außerdem verfügt das umhüllte Band im
Vergleich zu dem nicht umhüllten Band eine höhere
Flexibilität. Die Dichtungsschnur 1 kennzeichnet
mit den Wellenbändern 7 die Seiten mit dem erweiterten
Graphit. Die Dichtungsschnur 1 kann mit einem Aufkleber 8 versehen
sein, der den Ort der Wellenbänder 7 kennzeichnet,
um diese leicht von der Dichtungsschnur 1 abzunehmen.
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Die
Umhüllung der Dichtungsschnur 1 mit dem porösen
Polytetrafluoräthylen-Band 6 gleicht die Fehler
der zu dichtenden Oberflächen aus. Die Folge davon ist,
dass die Genauigkeit der Maschinenbearbeitung dieser Oberflächen
reduziert werden kann. Dies ist besonders wichtig bei der Verwendung
der Dichtungsschnur 1 für eine lange Abdichtungszeit. Das
poröse Polytetrafluoräthylen-Band 6 bestimmt die
Wärme- und Kraftadhäsion der Dichtung und gewährleistet
die hohe Umweltfreundlichkeit der aufgebauten Dichtung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 3646846 [0003]
- - GB 1288878 [0003]
- - JP 55-17261 [0003]
- - US 6572117 [0003]
- - JP 6027546 B4 [0004]
- - JP 3084354 B2 [0005]
- - US 5605431 A1 [0006]
- - WO 91/12446 [0007]