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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung und insbesondere
auf ein Flechtgarn aus expandiertem Graphit für eine Stopfbüchsenpackung,
die im Bereich einer Wellenabdichtung eines Fluidgeräts verwendet
werden soll, und auf die Stopfbüchsenpackung,
die aus Flechtgarnen aus expandiertem Graphit hergestellt ist.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Als
ein Garn einer Stopfbüchsenpackung, das üblicherweise
im Bereich der Wellenabdichtung eines Fluidgeräts eingesetzt wird, ist beispielsweise ein
Flechtgarn 1, wie es in 7 dargestellt
ist, bekannt. Wie in 8 dargestellt ist, umfasst das Flechtgarn 1 ein
Band 2 aus expandiertem Graphit, das eine vorherbestimmte
Breite hat, und eine Mehrzahl von Verstärkungsfasern 2A, wobei
die Verstärkungsfasern 2A in
Längsrichtung
in dem Band 2 aus expandiertem Graphit in axialen Abständen eingebettet
sind und wobei das Band 2 aus expandiertem Graphit einem
Spinnprozess unterworfen ist, was in 7 dargestellt
ist. Zusätzlich
wird eine Mehrzahl von Flechtgarnen 1 zusammengefügt und geflochten,
wodurch eine Stopfbüchsenpackung
entsteht.
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Jedoch
weist das Band 2 aus expandiertem Graphit, wie es in 8 dargestellt
ist, eine geringe Zugfestigkeit auf und kann daher reißen. Zusätzlich weist
es an seinen beidseitigen Enden 2a, 2b in Querrichtung
eine geringe Widerstandsfähigkeit
gegen das Abblättern
expandierter Graphitpartikel auf. Wenn das Band 2 aus expandiertem
Graphit dem Spinnprozess unterworfen wird, wie in 8 dargestellt,
treten häufig
von den Enden 2a, 2b ausgehende Brüche auf,
wodurch viele expandierte Graphitpartikel abblättern. Wenn die Flechtgarne 1,
bei denen viele expandierte Graphitpartikel während des Spinnprozesses abgeblättert sind,
geflochten werden, um die Stopfbüchsenpackung
zu bilden, entstehen häufig
von den Enden 2a, 2b des expandierten Graphitbandes
ausgehende Brüche,
auch während
des Flechtvorgangs. Wegen des häufigen
Auftre tens von Brüchen
blättern
mehr expandierte Graphitpartikel ab. Entsprechend wird die Abdichtungsqualität der Stopfbüchsenpackung
verschlechtert. Um das Ziel zu erreichen, dass das Abblättern der
expandierten Graphitpartikel auf ein Minimum begrenzt wird, ist
es unmöglich,
es mittels einer starken Zugkraft zu flechten, so dass die Widerstandsfähigkeit
der Stopfbüchsenpackung
gegen Druck nicht verbessert werden kann.
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Aus
der Datenbank W81, Woche 9242, der Derwent Publications Ltd., London,
ist eine Zusammenfassung XP 00 2226 886 einer japanischen Patentanmeldung
1990 0252754 bekannt, die die Herstellung eines geflochtenen Garns
aus expandiertem Graphit durch Aufschlitzen eines Films offenbart,
welcher auf sich ein Verstärkungsmaterial
aufweist, und welches ein gerolltes Produkt zur Verfügung stellt, das
zu einem Garn gewickelt wird. Eine Mehrzahl von Garnen wird zu einer
Kordel geflochten.
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Das
Flechten von Garnen ist auch aus der US-A-5605341 bekannt, welche
einen schnurförmigen
Körper
eines gefalteten expandierten Graphitbandes mit Verstärkungskörpern umfasst,
welche zwischen den gefalteten Schichten des schnurförmigen Körpers eingebracht
sind. Eine Vielzahl solcher geflochtener Garne, welche auf ihrer äußeren Oberfläche mit
einem Verstärkungsmaterial überzogen sind,
werden gesponnen oder gewickelt, um eine Stopfbüchsenpackung zu bilden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Hinblick auf die oben erwähnten Umstände und
Schwierigkeiten ausgeführt.
Sie kann erheblich das Auftreten von Brüchen, welche oftmals bei Einsatz
eines Spinnprozesses auf das Band aus expandiertem Graphit von den
Enden her auftreten, und die resultierende Menge von abgeblätterten
expandierten Graphitpartikeln verringern. Es ist eine Aufgabe, ein
Flechtgarn aus expandiertem Graphit zur Verfügung zu stellen, welches Brüche und
das resultierende Abblättern
der expandierten Graphitpartikel verhindert, und eine Stopfbüchsenpackung,
welche die Abdichtungsfunktion und die Druckwiderstandsfähigkeit
durch den Einsatz der Flechtgarne verbessern kann.
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Um
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, wird ein Verfahren zum
Herstellen eines Flechtgarns aus expandiertem Graphit in Bezug auf eine
erste Erfindung gemäß Patentanspruch
1 durch Einsatz eines Spinnprozesses auf ein Band aus expandiertem
Graphit geschaffen, wobei ein äußerer Umfang
des Bandes aus expandiertem Graphit, welches dem Spinnprozess unterworfen
worden ist, mit einem Verstärkungsmaterial
bedeckt wird, welches geflochten oder aus einem gesponnenen Körper hergestellt
ist und wobei expandierte Graphitpartikel auf einer Oberfläche des
Bandes aus expandiertem Graphit teilweise entfernt sind.
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Darüber hinaus
wird ein Verfahren zum Herstellen eines Flechtgarns aus expandiertem
Graphit entsprechend einer zweiten Erfindung gemäß Patentanspruch 5 durch den
Einsatz eines Spinnprozesses auf ein Band aus expandiertem Graphit
geschaffen, wobei ein äußerer Umfang
eines Bandes aus expandiertem Graphit, welches dem Spinnprozess
unterworfen worden ist, mit einem Verstärkungsmaterial verbunden und
abgedeckt wird, welches geflochten oder aus einem gesponnenen Körper hergestellt
ist, bevor das Band einem Spinnprozess unterworfen wird und wobei
die expandierten Graphitpartikel auf einer Oberfläche des
Bandes aus expandiertem Graphit teilweise entfernt sind.
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Gemäß der ersten
Erfindung, die die oben beschriebene Struktur aufweist, wurde die äußere Umhüllung des
Bandes aus expandiertem Graphit, welches einem Spinnprozess unterworfen
wurde, mit dem Verstärkungsmaterial
abgedeckt, welches geflochten ist oder aus einem gesponnenen Körper hergestellt
ist. Als Ergebnis nimmt das Verstärkungsmaterial eine Zugkraft
und eine Verwindungskraft während
des Flechtprozesses auf. In Hinblick auf den Spinnprozess des Bandes
aus expandierten Graphit ist es bereits ausreichend, das Band aus
expandiertem Graphit leicht zu verdrillen, um häufige, von dessen Enden ausgehende
Brüche
zu verhindern. Daher können
Brüche,
die während
des Spinnprozesses häufig
von den Enden des Bandes aus expandiertem Graphit her auf treten,
und das daraus resultierende Abblättern der Partikel aus expandiertem
Graphit erheblich vermindert werden. Zusätzlich verringert das Verstärkungsmaterial,
welches geflochten oder aus einem gesponnenen Körper hergestellt ist, dessen Durchmesser
während
des Flechtprozesses durch die Zugkraft, und befestigt vollständig den äußeren Umfang
einschließlich
der Enden des Bandes aus expandiertem Graphit, welches dem Spinnprozess unterworfen
worden ist. Daher kann das Verstärkungsmaterial
die Enden des Bandes aus dem expandierten Graphit in dem Flechtvorgang
schützen, das
häufige
Auftreten von Brüchen
an den Enden des Bandes aus dem expandierten Graphit verhindern und
verhindern, dass in der Folge viele expandierte Graphitpartikel
abblättern.
Zusätzlich
ermöglichen die
Verhinderung des Abblätterns
und der Verstärkungseffekt
des Verstärkungsmaterials,
es unter Einsatz einer starken Zugkraft zu flechten, wodurch die Widerstandsfähigkeit
der Stopfbüchsenpackung
gegen Druck erhöht
wird.
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Darüber hinaus
wird, entsprechend der zweiten Erfindung, die die oben dargestellte
Struktur aufweist, das Band aus dem expandierten Graphit mit einem
Verstärkungsmaterial
verbunden und abgedeckt, welches geflochten oder aus einem gesponnenen
Körper
hergestellt ist, bevor es dem Flechtvorgang unterworfen wird. Dementsprechend
besteht, selbst wenn das Band aus expandiertem Graphit nur einem
Prozess mit leichter Verdrillung unterworfen wird, keine Möglichkeit,
einen Zustand zu verursachen, bei welchem, während des Flechtvorgangs, das
Band aus expandiertem Graphit, welches einem Spinnprozess unterworfen
wurde, nicht fest mit dem Verstärkungsmaterial
verbunden ist, mit dem Ergebnis, dass die Brüche, die von den Enden des
Bandes aus expandiertem Graphit her vorkommen und das resultierende
Abblättern
der expandierten Graphitpartikel zunehmen würden.
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Gemäß der ersten
und der zweiten Erfindung wird eine Konfiguration eingesetzt, in
der Verstärkungsfasern
in dem Band aus expandiertem Graphit in der Längsrichtung des Bandes eingebettet
sind, wodurch die Zugfestigkeit und die Verdrillfestigkeit des Bandes
aus expandiertem Graphit verbessert wird. Im Ergebnis kann das Flechtgarn
mit großer Zugkraft
geflochten werden.
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Entsprechend
der ersten und der zweiten Erfindung wird eine Konfiguration eingesetzt,
in der die expandierten Graphitpartikel auf einer Oberfläche des
Graphitbandes teilweise entfernt sind. Mit anderen Worten werden
die expandierten Graphitpartikel, von denen sich jeder in einem
Zustand hoher Dichte und starker Orientierung befindet, auf einer
Seite der Oberfläche
des Bandes aus expandiertem Graphit, wo Brüche leicht vorkommen, teilweise
durch einen Strahlprozess entfernt. Im Ergebnis kann dies, selbst wenn
eine große
Zugkraft auf das Band aus expandiertem Graphit während des Flechtens der Garne ausgeübt wird,
zusätzlich
sicher das Auftreten von Brüchen
und das daraus resultierende Abblättern der expandierten Graphitpartikel
vermindern.
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Vorzugsweise
bindet und deckt in der zweiten Erfindung Verstärkungsmaterial das Band aus expandiertem
Graphit ab, so dass das Band aus expandiertem Graphit, welches einem
Spinnprozess unterworfen wurde, so deformiert werden kann, dass sein
Durchmesser verringert wird.
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Als
Verstärkungsmaterial
entsprechend der ersten und der zweiten Erfindung kann irgendein
metallisches Bandelement, wie z. B. rostfreier Stahl, Inconel oder
Monel; organische Fasern, wie z. B. eine Baumwollfaser, eine Kunstseidefaser,
eine Phenolfaser, eine Aramidfaser, eine PBI-Faser, eine PBO-Faser,
eine PPS-Faser und eine PEEK-Faser; oder anorganische Fasern, wie
z. B. eine Glasfaser, eine Carbonfaser und eine Keramikfaser ausgewählt und benutzt
werden.
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Als
die Verstärkungsfasern
in der ersten und der zweiten Erfindung kann irgendeine organische Faser
wie zum Beispiel eine Baumwollfaser, eine Kunstseidefaser, eine
Phenolfaser, eine Aramidfaser, eine PBI-Faser, eine PBO-Faser, eine
PPS-Faser und eine PEEK-Faser; oder irgendeine Faser ausgewählt aus
anorganischen Fasern, wie z. B. einer Glasfaser, einer Carbonfaser
und einer Keramikfaser; oder irgendein metallisches Bandelement,
wie zum Beispiel rostfreier Stahl, Inconel oder Monel benutzt werden;
oder wenigstens zwei Materialien, aus gewählt aus den organischen Fasern,
den anorganischen Fasern und den metallischen Bandelementen, können komplexförmig benutzt
werden.
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Eine
Stopfbüchsenpackung
ist entsprechend der Erfindung aus Flechtgarnen aus expandiertem Graphit
hergestellt, wobei eine Mehrzahl von Flechtgarnen aus expandiertem
Graphit zusammengefügt und
entweder einem Flecht- oder Spinnprozess unterworfen werden, wobei
jedes Flechtgarn aus expandiertem Graphit gebildet ist, durch die
Anwendung eines Spinnprozesses auf ein Band aus expandiertem Graphit,
und wobei ein äußerer Umfang
des Bandes aus expandiertem Graphit, welches dem Spinnprozess unterworfen
wurde, mit einem Verstärkungsmaterial
abgedeckt wird, das geflochten oder aus einem gesponnenen Körper hergestellt
ist.
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Eine
andere Stopfbüchsenpackung
ist aus Flechtgarnen aus expandiertem Graphit hergestellt, wobei
eine Mehrzahl von Flechtgarnen aus expandiertem Graphit zusammengefügt und entweder
einem Flecht- oder Spinnprozess unterworfen werden, wobei jedes
Flechtgarn aus expandiertem Graphit gebildet ist, durch die Anwendung
eines Spinnprozesses auf ein Band aus expandiertem Graphit, wobei
auf einen äußeren Umfang
des Bandes aus expandiertem Graphit, das dem Spinnprozess unterworfen
wurde und mit einem Verstärkungsmaterial abgedeckt
wurde, das geflochten oder aus einem gesponnenen Körper hergestellt
ist, bevor das Band dem Flechtprozess unterworfen wird.
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Entsprechend
den Erfindungen, die die obige Konfiguration aufweisen, haben die
Flechtgarne für
eine Stopfbüchsenpackung
die folgenden Merkmale, wobei die Brüche, die von den Enden des
Bandes aus expandiertem Graphit her auftreten und das daraus resultierende
Abblättern
in dem Flechtprozess ebenso wie dem Spinnprozess erheblich verringert
sind, und wobei eine Mehrzahl von Flechtgarnen, die mit einer starken
Zugkraft geflochten oder gesponnen wurden, benutzt, zusammengefügt und entweder
geflochten oder gesponnen werden. Damit lässt sich eine Stopfbüchsenpackung
zur Verfügung stellen,
die eine hervorragende Abdichtungsqualität und eine hohe Widerstandsfähigkeit
gegen Druck hat.
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In
den Erfindungen wird selbstverständlich vorzugsweise
eine Konfiguration eingesetzt, in der Verstärkungsfasern in Längsrichtung
des Bandes in dem Band aus expandiertem Graphit eingebettet sind,
welches das Flechtgarn aus expandiertem Graphit bildet. Entsprechend
der Erfindung wird eine Konfiguration eingesetzt, bei der Partikel
aus expandiertem Graphit auf einer Oberfläche Bandes aus expandiertem
Graphit, welches das Flechtgarn aus expandiertem Graphit bildet,
teilweise entfernt sind.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Flechtgarns
aus expandiertem Graphit entsprechend einer ersten Erfindung darstellt.
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2A und 2B sind
perspektivische Ansichten, die eine Ausführungsform des Flechtgarns
aus expandiertem Graphit entsprechend einer zweiten Erfindung darstellen.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform
des Flechtgarns aus expandiertem Graphit entsprechend der ersten
und der zweiten Erfindung darstellt.
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4 ist
eine perspektivische Darstellung, die noch eine weitere Ausführungsform
des Flechtgarns aus expandiertem Graphit entsprechend der ersten
und der zweiten Erfindung darstellt.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform einer aus Flechtgarnen
hergestellten Stopfbüchsenpackung
entsprechend den Erfindungen veranschaulicht.
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6 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel
der Stoffbüchsenpackung
entsprechend den Erfindungen veranschaulicht.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein konventionelles Flechtgarn
aus expandiertem Graphit darstellt.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein konventionelles Flechtgarn
aus expandiertem Graphit zeigt, das noch keinem Spinnprozess unterworfen
wurde.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Nachstehend
wird eine Ausführungsform
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform eines Flechtgarns
aus expandiertem Graphit vor dem teilweisen Entfernen von Graphitpartikeln
auf einer Oberfläche
des Bandes aus expandiertem Graphit gemäß einer ersten Erfindung, die
in Patentanspruch 1 beschrieben ist, zeigt. In 1 umfasst
ein Flechtgarn 1 ein Band 2 aus expandiertem Graphit,
das eine vorgegebene Breite hat und einem Spinnprozess unterworfen
wurde, und ein Verstärkungsmaterial 3.
Um zu verhindern, dass sich das Band 2 aus expandiertem
Graphit ausdehnt und in einen ursprünglichen Zustand zurückkehrt,
ist ein äußerer Umfang
des Bandes 2 aus expandiertem Graphit, das eine vorgegebene
Breite hat und einem Spinnprozess unterworfen wurde, mit dem Verstärkungsmaterial 3 überzogen,
das aus einem geflochtenen Körper,
wie beispielsweise Bandelementen aus rostfreien Stahl, hergestellt
ist.
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2A und 2B sind
perspektivische Ansichten, die eine Ausführungsform eines Flechtgarns
aus expandiertem Graphit vor dem teilweisen Entfernen von Graphitpartikeln
auf einer Oberfläche des
Bandes aus expandiertem Graphit darstellen entsprechend einer zweiten
Erfindung, die in Patentanspruch 5 beschrieben ist. Vor einem Prozess,
in dem der äußere Umfang
des Bandes 2 aus expandiertem Graphit, das dem Spinnprozess
unterworfen wurde, geflochten wird, wie in 2A dargestellt
ist, wird das Flechtgarn 1 aus expandiertem Graphit mit dem
Verstärkungsmaterial 3 fest
verbunden, welches aus einem geflochtenen Material, wie beispielsweise Bandelementen
aus rostfreien Stahl, hergestellt ist, (beispielsweise so weit,
bis das Band 2 aus expandiertem Graphit, das dem Spinnprozess
unterworfen wurde, deformiert wird, so dass sich sein Durchmesser
verringert), wie in 2B dargestellt.
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Ein
Material für
das Verstärkungsmaterial 3 für das Band 1 aus
expandiertem Graphit, das in 1 und 2 dargestellt ist, lässt sich auswählen aus metallischen
Bandelementen wie Inconel und Monel; organischen Fasern wie zum
Beispiel einer Baumwollfaser, einer Kunstseidefaser, einer Phenolfaser, einer
Aramidfaser, einer PBI-Faser, einer PBO-Faser, einer PTEF-Faser,
einer PPS-Faser und einer PEEK-Faser; oder anorganischen Fasern,
wie zum Beispiel einer Carbonfaser und einer Keramikfaser, obwohl
Bandelemente aus rostfreiem Stahl in den Ausführungsbeispielen benutzt werden.
Zusätzlich kann
das Verstärkungsmaterial 3 geflochten
sein.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine andere Ausführungsform
eines Flechtgarns 1 aus expandiertem Graphit entsprechend
der ersten und der zweiten Erfindung vor dem teilweisen Entfernen
der Graphitpartikel auf einer Oberfläche des Bandes aus expandiertem
Graphit darstellt. Ein Unterschied zwischen dem Flechtgarn 1 aus
expandiertem Graphit in 3 und dem in den 1 und 2 besteht darin, dass in 3 eine
Mehrzahl von Verstärkungsfasern 2A in
Längsrichtung
in dem Band 2 aus expandiertem Graphit eingebettet ist,
um den Raum dazwischen in Querrichtung des Bandes 2 aus
expandiertem Graphit frei zulassen.
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Für die Verstärkungsfasern 2A lässt sich
irgendein Material wählen,
das ausgewählt
ist aus organischen Fasern wie zum Beispiel einer Baumwollfaser,
einer Kunstseidefaser, einer Phenolfaser, einer Aramidfaser, einer
PBI-Faser, einer PBO-Faser, einer PTFE-Faser, einer PPS-Faser und
einer PEEK-Faser; oder aus anorganischen Fasern, wie zum Beispiel
einer Glasfaser, einer Carbonfaser und einer Keramikfaser; oder
aus metallischen Bandelementen wie zum Beispiel rostfreiem Stahl,
Inconel und Monel ausgewählt
wird. Es ist eine Selbstverständlichkeit,
dass wenigstens zwei passend ausgewählte Materialien aus den organischen
Fasern, den anorganischen Fasern und den metallischen Bandelementen
komplex eingesetzt werden können.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform des Flechtgarns 1 aus
expandiertem Graphit entsprechend der ersten und der zweiten Erfindung
veranschaulicht. Ein Unterschied zwischen dem Flechtgarn 1 aus
expandiertem Graphit aus 4 und denen der 1 und 2 besteht darin, dass in 4 die
Partikel aus expandiertem Graphit auf einer Seite der Oberfläche des
Bandes 2 aus expandiertem Graphit, von denen jedes in einem Zustand
hoher Dichte und hoher Orientierung ist, teilweise durch einen Strahlprozess
entfernt wurden, entsprechend den Patentansprüchen 1 und 5.
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Im
einzelnen werden die Partikel aus expandiertem Graphit auf der Oberfläche des
Bandes 2 aus expandiertem Graphit, von denen jedes in einem
Zustand hoher Dichte und hoher Orientierung ist, in einem Mikro-Strahlprozess
entfernt, welcher Partikel einsetzt, die jeweils einen kleineren
Partikeldurchmesser haben als den der Partikel aus expandiertem Graphit.
Konkret werden beispielsweise von einer Position, die 150 mm von
der äußeren Oberfläche des
Bandes 2 aus expandiertem Graphit entfernt ist, feine Körner (die
beispielsweise alle einen Partikeldurchmesser von 15 μm haben),
wie z. B. SiC durch einen Luftdruck von 2 kg/cm2 aufgestrahlt.
Dadurch wird der Mikro-Druckluftprozess auf diese angewandt, wodurch
die expandierten Graphitpartikel dort, wo Brüche leicht verursacht werden
und sich ausbreiten, von der Oberfläche 5 des Bandes 2 aus expandiertem
Graphit entfernt. Obwohl ein Widerstand gegen Abblättern derjenigen
expandierten Graphitpartikel, die noch nicht einem Strahlprozess ausgesetzt
wurden, innerhalb eines Bereiches von 30 bis 40 g liegt, kann ihr
Widerstand gegen Abblättern
auf einen Bereich von 140 bis 150 g durch die Anwendung des Strahlprozesses
auf sie erhöht
werden.
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Der
Strahlprozess kann auf die Oberfläche des Bandes 2 aus
dem expandiertem Graphit des Flechtgarns 1 aus expandiertem
Graphit entsprechend der in 4 dargestellten
Ausführungsform angewendet
werden.
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Die
Mehrzahl der Flechtgarne 1 aus expandiertem Graphit entsprechend
einer jeden der oben dargestellten Ausführungsformen werden vorbereitet,
und eine Mehrzahl von Flechtgarnen 1 aus expandiertem Graphit
wird zusammenge fügt
und durch eine Flechtmaschine gesponnen, wodurch eine Stopfbüchsenpackung 6,
welche schnurförmig
ist, gebildet wird, wie in 5 gezeigt
ist. Darüber
hinaus wird eine Mehrzahl von Flechtgarnen 1 aus expandiertem
Graphit gemäß einer
jeden der Ausführungsformen
zusammengefügt
und einem Spinnprozess unterzogen, wodurch eine Stopfbüchsenpackung 6, welche
schnurförmig
ist, gebildet wird, wie in 6 gezeigt
ist.