DE1813249A1 - Dichtungsmaterial - Google Patents

Description

• Dichtungsmaterial Die Erfindung betrifft Dichtungen für ein fluiddichtes Abdichten von beweglichen Elementen von Pumpen, Ventilen oder dergleichen.
• Übliche Dichtungen dieses Typs lassen sich in awei Grundkategorien einteilen. Die eine Kategorie umfasst Teflondichtungen, und zwar solche Dichtungen, die aus reinen Ä-Paaern hergestellt werden, sowie Dichtungen, die aus anderen Fasern, denen eine TFÄ-Dispersion zur Erzielung einer TFÄ-imprägnierten Struktur zugesetzt worden ist, erzeugt werden.
• Die andere Grundkategorie umfasst Dichtungen, die aus Eohlenstoff hergestellt werden, beispielsweise aus Graphitfasern oder -iäden.
• Jede dieser Kategorien weist jedoch erhebliche Nachteile auf.
• So ist es beispielsweise von TFÄ-Dichtungen bekannt, dass, falls keine beträchtliche Sorgfalt beim Einsetzen derartiger Dichtungen walten gelassen wird, eine Sinterungswirkung auf der TFÄ-abnützenden Oberfläche auftritt. Diese Wirkung ist das Ergebnis eines schnellen Wärmestaus unter der reibenden Wirkung eines Stabes, wobei diese Wirkung durch das schlechte Wärmeleitvermögen von Teflon erhöht wird. Die Folge ißt eine harte und abrasiv Oberfläche, die ein schnelles Abnützen eines sich bewegenden Stabes oder einer sich bewegenden Welle bewirkt und ein Versagen ("burn-out") der Dichtung zur Folge hat. Daher geben alle Dichtungshersteller ihren Verbrauchern den Hinweis, die Dichtung mit sehr grosser Sorgfalt einzusetzen, um einen Wärmestau zu vermeiden, Ausserdem raten sie, beispielsweise in einer Stopfbachse während des Betriebs immer fUr eine gute Schmierung zu sorgen. Unterbleibt eine derartige Schmierung, dann erfolgt ein Versagen der Dichtung.
• Auf diese Nachteile ist es zurückzuführen, dass TZ-Dichtungen nicht in sehr wirksamer Weise verwendet werden können, da es fUr viele Zwecke erwünscht und sogar erforderlich ist, eine vollständig trockene und leckdiobte Dichtung zu besitzen, insbesondere dann, wenn toxische, giftige, explosive oder stark korrodierende Materialien verarbeitet werden.
• ine Graphitfädendiohtung weist zwar nicht die unerwünschten Sinterungseigenschaften von TPÄ-Dichtungen auf, versagt Je doch insbesondere bei hohen Temperaturen, wenn beispielsweise auf eine Stopfbüchse ein übermässiger Druck ausgettbt wird. Bs ist bekannt, dass es bei den Anwendungen, bei welchen Graphitfädendichtungen eingesetzt werden, schwierig ist, Ubermässige Drucke zu vermeiden. Ein Grund tUr diese Schwierigkeit liegt in der Kompaktierungseigenschaft einer Graphitfädendichtung.
• Diese Eigenschaft hat zur Folge, dass eine derartige Dichtung nicht federnd ist, was auch im Hinblick auf sich bewegende Elemente, wie beispielsweise Stäbe, Wellen oder Ventilstössel, von Nachteil ist. Ziels hat zur Folge, dass bei der Einwirkung Ton Druck kein Anpassen ("feel") erfolgt. Daher kann das Bedienungspersonal nicht aus dem Widerstand der Dichtung ermitteln, ob ein ausreichender "Aufnahmedruck" ("take-upt pressure) während des Betriebe ausgeübt worden ist.
• Das Fehlen eines Anpassens bbi derartigen Dichtungen ist im Vergleich zu anderen Dichtungen, wie sie Ublicherweise verwendet werden, beispielsweise Dichtungen aus Asbest, Flachs, Blei oder dergleichen, ein erheblicher Nachteil. Dieses Fehlen einer Widerstandsfähigkeit hat daher häufig ein Versagen von Graphitfädendichtungen infolge eines ffberdrucks, der nicht vermieden werden kann, zur Folge.
• Andererseits ist ein Graphitfädendichtungsmaterial porös. Es weist Leerstellen zwischen den Strängen auf. ihn eine ausreichende Abdichtung zu ersielen, sind häufige Einregulierungen der Kompression der Dichtung erforderlich. Da jedoch eine derartige Kompression aus den vorstehend angegebenen Gründen schwierig zu regulieren ist, fehlt einer derartigen Dichtungsart die Dichtigkeit, so dass sich ein solches Dichtungsmaterial nicht für eine kontinuierliche und befriedigende Arbeitsweise eignet.
• Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Dichtung des vorstehend beschriebenen allgemeinen Typs, durch welche die den bisher bekannten Dichtungen anhaftenden Nachteile Uberwunden werden. Durch die Erfindung wird eine Dichtung zur Verftigung gestellt, welche die positiven Eigenschaften der Dichtungen der vorstehend beschriebenen Kategorien besitzt. Durch die Erfindung wird daher eine Dichtung zur Verfügung gestellt, welche die positiven Eigenschaften einer Teflondichtung sowie einer Kohlenstoffdichtung aufweist, wobei gleichzeitig die den genannten Dichtungsarten zueigenen Nachteile überwunden werden.
• Durch die Erfindung wird eine Dichtung sur Verfugung gestellt, die aus einem inneren, Teflon-enthaltenden Kern und einer äusseren Kohlenstoff-enthaltenden Umhüllung, welche den Kern umgibt, besteht. Der Kern der erfindungsgemässen Dichtung kann entweder aus TFÄ-Fasern, TFÄ-Strängen oder aus irgendeinem anderen, mit TFÄ imprägnierten Dichtungsmaterial, wie beispielsweise weissem Asbest, blauem Asbest, Fiberglas oder dergleichen, bestehen. Ausserdem kommt ein mit TFÄ gefülltes Material in Frage. Um diesen Kern herum befindet sich eine äussere Kohlenstoff-enthaltende Hülle aus Graphitfäden, beispielsweise kann diese Hülle um den inneren Kern geflochten oder gewickelt sein. Neben dem Umflechten kommen auch andere Nöglichkeiten zur Bildung einer Umhüllung in Frage.
• Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
• Figur 1 seigt teilweise im Sohnitt eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemässen Dichtung.
• Figur 2 gibt ebenfalls teilweise im Schnitt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Dichtung wieder.
• Aus der Figur 1 ist zu ersehen, dass die dort gezeigte Ausführungsform aus einem Kern 10a aus TFÄ-Fasern besteht, während in der durch Figur 2 wiedergegebenen Ausführungsform der Kern 10b aus einem mit TFÄ imprägnierten Dichtungsmaterial besteht. Wie vorstehend erwähnt, kann dieses Dichtungse material beispielsweise aus weissem Asbest, blauem Asbest, Fiberglas oder dergleichen bestehen. Der Paserkern 10a gemäss Figur 1 kann aus gebleichtem Teflon (TFÄ-Fluorkohlenstoff) bestehen, wobei dieses Material von duPont Company unter der Nummer 4050-540 - 0 in den Handel gebracht wird (4050 Denier, 540 Fäden). Diese Fasern sind zu einem Bündel gedreht, welches den Kern 10a bildet.
• Bei der durch Figur 2 wiedergegebenen Ausftthrungsform kann die TFÄ-imprägnierte Verpackung beispielsweise aus einer Imprägnierung von 30 - 45 Gewichts-% Polytetrafluoräthylen für einen geflochtenen Glasfaserkern bestehen. Die Teflonmenge, mit welcher das Dichtungsmaterlal des Kern 10b imprägniert ist, kann natürlich variieren. Das imprägnierende Polytetrafluoräthylenpolymere liegt in nicht-faserartiger Form und in nicht-gehärtetem Zustand vor. In Figur 1 besteht der Kern 10a aus Polytetrafluoräthylen in faserartiger Form.
• Geflochtene Glasfasern, welche beispielsweise den Kern 10b gemäss Figur 2 bilden, können in eine Polytetrafluoräthylen-(Teflon)-Dispersion, welche ungefähr 60 Gewichts-% Teflon, 6 %, besogen auf das Gewicht des Teflons, eines Benetsungsmittels und zum Rest Wasser enthält, eingetaucht werden. Eine derartige Dispersion wird von duPont unter der Bezeichnung TD-3 in den Handel gebracht. Für eine Dichtung mit einer Größe von 12 mm (1/2 inch) kann die Eintauchzeit 2 Minuten betragen.
• Die Dichtung wird anschliessend an der Luft getrocknet und zur Grössenfestlegung kalandriert.
• In Figur 1 ist der Kern 10a von einer Kohlenstoffhülle 12a in Form eines geeigneten Graphitfadens, der um den Kern ge° wickelt ist, umgeben. In Figur 2 liegt hingegen die Kohlenstoffhülle 12b in Form eines geflochtenen Kohlenstoffadens vor.
• Die Umhüllungen 12a und 12b bestehen aus Kohlenstoffäden in Graphitform, da Graphitfäden fester als Fäden aus anderen Kohlenstoffarten sind. Die Graphitfäden können in Form eines Graphitgarns (GY-2-10, hohe Verdrehung) vorliegen, Derartige Fäden werden von der Carborundum Company, Sanborn, New York, in den Handel gebracht. Jedoch können auch andere geeignete Kohlenstoffäden eingesetzt werden.
• Mittels der vorstehend beschriebenen Struktur ist es möglich, ein Dichtungsmaterial herzustellen, das entweder Teflon enthält oder mit Teflon imprägniert ist, wobei dieses Material gegen Korrosion beständig ist. Bei Verwendung dieses Materials ist es nicht erforderlich, eine Schmierung in einer Stopfbüchse vorzusehen, um ein Sintern sowie ein anschliessendes Versagen zu vermeiden. Bisher war es immer zweckmässig, einen TFÄ-Kern jedes beliebigen Typs mit einem Nicht-TFÄ-Material zu bedecken. Eine derartige Konstruktion gestattet jedoch nicht die Ausnützung der Eigenschaften, aufgrund welcher das TFÄ eingesetzt wird, da, falls eine derartige Umhüllung einem chemischen Angriff standhalten würde, die TPÄ-Komponente nicht.
• erforderlich wäre. Würde die Umhüllung nicht einem derartigen Angriff widerstehen, dann würde sie schnell zerstört werden so dass dann die TFÄ-Struktur das aktive mechanische Mittel wäre, welches die vorstehend beschriebenen Nachteile aufweist, Es ist nur auf die Entwicklung von Kohlenstoff beispielsweise in Porm von Graphitgarn zurückzuführen, dass ein Material, das hinsichtlich seiner chemischen Widerstandsfähigkeit TFÄ entspricht, tatsächlich für alle Anwendungsgebiete zur Verfügung steht, so dass es möglich ist, ein Material herzustellen, dae einen wirksamen abdichtenden Kern aus TFÄ in irgendeiner Form enthält.
• Als Folge der wärmeleitenden Eigenschaften von Graphitfäden wird bei jeder gegebenen Temperatur mehr Wärme aus der Dichtung durch die Wand der Stopfbüchse abgefhhrt als dies bei Verwendung irgendeiner TFÄ-Dichtung, die keine Graphitfädenkomponente enthält, möglich ist. Das Ergebnis ißt eine Erhöhung der wirksamen Temperaturgrenze, bei welcher TFÄ in einer Stopfbüchse verwendet werden kann. Die wirksame Grenze von TFÄ allein richtet sich nach dem Punkt, an welchem die Sinterungswirkung auftritt. Jedoch behält das gesinterte Produkt seine strukturelle Integrität bei und könnte auch noch bei einer höheren Temperatur verwendet werden, wenn nicht die Wirkung aufträte, dass das harte gesinterte Produkt eine verschleissende Wirkung auf sich bewegende Elemente, wie beispielsweise eine Pumpenwelle, ausübt.
• Da die Graphitfädenummantelung ihre Antireibungseigenschaften beibehält und nicht durch erhöhte Temperaturen beeinflusst wird, wird jedes innere Sintern des Kern aufgrund einer Berührung mit beispielsweise einer sich bewegenden Welle vermieden, so da die vorstehend erwähnten nachteiligen Wirkungen beseitigt werden. Ausserdem wird sowohl die Lebensdauer der Dichtung als auch einer sioh bewegenden Welle oder eines anderen sich bewegenden Elements erhöht.
• Ferner stellt der innere Kern 10a oder 10b eine dichte und federnde innere Struktur dar, so dass die Schwierigkeiten und gefährlichen Folgen einer Verpackung beseitigt werden, die vollständig aus Graphitfäden besteht. Auf diese Weise istesmöglich, die Dichtung exakter einzubauen, wobei sich ausserdem die Auflagedrucke genauer steuern lassen, so dass die Wahrscheinlichkeit herabgesetzt wird, dass ein Versagen der Dichtung und eine Zerstörung von Wellen oder ähnlichen Elementen eintritt. Daher werden die Antireibungs- und Wärmeübertragungseigenschaften von Graphitfäden beibehalten, wobei die negativen Eigenschaften, wie Porosität und das Feh-Ion einer federnden Wirkung, beseitigt werden.
• Zusätzlich ist das erfindungsgemässe Dichtungsmaterial weniger kostspielig als eine reine Graph'itfdendichtung, da Graphitfäden' erheblich mehr kosten als TFÄ-Fasern oder mit TFÄ imprägnierte Kernmaterialien.
• Da das fertige erfindungsgemässe Dichtungsmaterial nur einen relativ kleinen Prozentsatz an Graphitfäden, bezogen auf das Gewicht, enthält, ist dieses Material sehr preiswert.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Dichtungsmaterial, gekennzeichnet durch einen inneren Teflonenthaltenden Kern und eine äussere Kohlenstoff-enthaltende Umhüllung, welche den Kern umgibt.

2, Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern in Borm eines fadenartigen TFÄ-Materials vorliegt.

3. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus einem TFÄ-enthaltenden Dichtungsmaterial besteht.

A. Material nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial aus Asbest besteht.

5. Material nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmaterial aus Fiberglas besteht.

6. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung aus Graphitfäden besteht.

7. Material nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung um den Kern gewickelt ist.

8. Material nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung um den Kern geflochten ist.

9. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern aus TFÄ-enthaltendem Asbest besteht und die Umhüllung ein geflochtener Graphitfaden ist.

10. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern in Form von TFÄ-Fasern vorliegt, und die Umhüllung die Form eines um den Kern gewickelten Graphitfadens besitzt.

L e e r s e i t e