DE60315319T2

DE60315319T2 - Material für stopfbuchse und stopfbuchse

Info

Publication number: DE60315319T2
Application number: DE60315319T
Authority: DE
Inventors: Takahisa Osaka-shi UEDA; Masaru Sanda-shi FUJIWARA
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2002-09-11
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: US7140171B2; TW200404967A; EP1541911A4; KR20050042180A; TWI274119B; DE60315319D1; US20060026944A1; CN100380025C; KR100681889B1; EP1541911A1; EP1541911B1; WO2004025151A1; CN1682049A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stopfbuchsenpackungsmaterial (Stopfbuchsendichtungsmaterial), das bei der Herstellung einer Stopfbuchsenpackung (Stopfbuchsendichtung) nutzbringend ist, und ebenfalls eine Stopfbuchsenpackung, die mit dem Stopfbuchsenpackungsmaterial hergestellt wird.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlicherweise sind als Stopfbuchsenpackungsmaterial, das bei der Herstellung einer Stopfbuchsenpackung nutzbringend ist, beispielsweise ein Material bekannt, das in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 6-27546 offenbart wird (im Folgenden als Stand der Technik 1 bezeichnet), und dasjenige, das im japanischen Patent Nr. 2,583,176 offenbart wird (im Folgenden als Stand der Technik 2 bezeichnet).
Im obigen Stand der Technik 1 wird, wie in 22 gezeigt, ein Band (51) aus ausgedehntem Graphit entlang von in Längsrichtung verlaufenden Faltungslinien gefaltet, um ein schnurförmiges Material (52) auszubilden, und das schnurförmige Material (52) wird mit einem Verstärkungsmaterial (53) bedeckt, das ausgestaltet ist durch ein gewirktes oder gesponnenes Material aus Metalldrähten wie z.B. rostfreiem Stahl, Inconel oder Monel, wodurch ein Stopfbuchsenpackungsmaterial (50) ausgebildet wird.
Im obigen Stand der Technik 2 wird, wie in 23 gezeigt, ein schnurförmiges Material (52) aus einem Band (51) aus ausgedehntem Graphit mit einem Verstärkungsmaterial (53) bedeckt, das ausgestaltet ist durch ein gewirktes oder gesponnenes Material aus Metalldrähten, und das so entstehende Material wird entlang einer in Längsrichtung verlaufenden Faltungslinie zu einer V-artigen Form gefaltet, wodurch ein Stopfbuchsenpackungsmaterial (50) ausgebildet wird.
Bei beiden Stopfbuchsenpackungsmaterialien (50) gemäß dem Stand der Technik ist das Äußere des schnurförmigen Materials (52) durch das Verstärkungsmaterial (53) verstärkt, das ausgebildet ist durch ein gesponnenes Material aus Metalldrähten oder dergleichen (im Folgenden wird eine solche Verstärkung als äußere Verstärkung bezeichnet). Daher sind die Stopfbuchsenpackungsmaterialien (50) mit hoher Zugfestigkeit ausgestattet. Infolgedessen wird eine Vielzahl solcher Stopfbuchsenpackungsmaterialien (50) gebündelt und dann einem Spinn- oder Drillvorgang unterzogen, so dass eine Stopfbuchsenpackung hergestellt werden kann. Im obigen Stand der Technik 1 wird, wenn beispielsweise acht Stopfbuchsenpackungsmaterialien (50) gebündelt werden und ein achtsträngiges rechtwinkliges Wirkverfahren durchgeführt wird, eine Stopfbuchsenpackung (54) hergestellt, die gesponnen ist, wie in 24 gezeigt, und wenn sechs Stopfbuchsenpackungsmaterialien (50) gebündelt werden und ein Verdrillungsverfahren durchgeführt wird, wird eine Stopfbuchsenpackung (54) hergestellt, die verdrillt ist, wie in 25 gezeigt. In dem obigen Stand der Technik 2 wird, wenn beispielsweise acht Stopfbuchsenpackungsmaterialien (50) gebündelt werden und ein achtsträngiges rechtwinkliges Wirkverfahren durchgeführt wird, eine Stopfbuchsenpackung (54) hergestellt, die gesponnen ist, wie in 26 gezeigt, und wenn sechs Stopfbuchsenpackungsmaterialien (50) gebündelt werden und ein Verdrillungsverfahren durchgeführt wird, wird eine Stopfbuchsenpackung (54) hergestellt, die verdrillt ist, wie in 27 gezeigt.
Jede der herkömmlichen Stopfbuchsenpackungen (54) wird durch das Band (51) aus ausgedehntem Graphit mit Eigenschaften versehen, die bei der Abdichtung bevorzugt sind und die in einer Packung notwendig sind, wie z.B. der Wärmebeständigkeit, der Kompressibilität und der Rückverformungseigenschaft, und kann daher ein Wellendichtungsteil einer Fluidvorrichtung abdichten, während gleichzeitig eine gute Dichtungseigenschaft erzielt wird. Außerdem weisen Metalldrähte hohe Biegsamkeit auf und eignen sich daher nicht nur für die Herstellung einer Stopfbuchsenpackung (54) mit großem Durchmesser, sondern auch für diejenige einer Stopfbuchsenpackung (54) mit kleinem Durchmesser, und haben daher Vorteile wie z.B. ausgezeichnete Haltbarkeit.
Um irgendeines der herkömmlichen Stopfbuchsenpackungsmaterialien (50) herzustellen, muss jedoch ein Wirken oder anderes Spinnen von Metalldrähten durch eine Wirkmaschine oder eine Spinnmaschine erfolgen. Gegenwärtig werden Metalldrähte dem Spinnen oder dergleichen durch eine Wirk- oder Spinnmaschine unterzogen, die einen komplizierten Aufbau hat. Daher ist eine Produktion mit hoher Geschwindigkeit kaum durchzuführen, und die Produktivität ist gering. Infolgedessen bringen diese Stopfbuchsenpackungsmaterialien (50) insofern Probleme mit sich, als ihre Kosten hoch sind und auch die Kosten der Stopfbuchsenpackung (54) hoch sind. Des Weiteren weisen die Stopfbuchsenpackungsmaterialien (50) geringe Formbeständigkeit auf, wodurch die Möglichkeit entsteht, dass ausgedehnter Graphit während des Spinnens abfällt, so dass die Dichtungseigenschaft verringert wird.
Bei den Stopfbuchsenpackungsmaterialien (50) ist der äußere Bereich durch das gewirkte oder gesponnene Material aus Metalldähten verstärkt. Bei der mit einem solchen Stopfbuchsenpackungsmaterial (50) hergestellten Stopfbuchsenpackung (50) steht daher das durch ein gewirktes oder gesponnenes Material aus Metalldrähten ausgestaltete Verstärkungsmaterial (53) in gleitendem Kontakt mit Komponenten einer Fluidvorrichtung wie z.B. einer Pumpenwelle oder einer Ventilstange, die rotiert oder axial gleitet, d.h. einem Gegenelement. Gegenwärtig besteht das Problem, dass das Verstärkungsmaterial (53) das Gegenelement leicht beschädigt. Außerdem weist das Verstärkungsmaterial (53) einen hohen Gleitwiderstand auf, und daher besteht in sofern ein weiteres Problem, als die Rotationsleistung oder axiale Gleitleistung des Gegenelementes verringert wird.
Um diese Probleme zu lösen, kann erwogen werden, Carbonfasern sowie spröde Fasern wie z.B. wirtschaftliche Glasfasern, Silikafasern und Keramikfasern wie z.B. Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid-Silika als Verstärkungsmaterial zu verwenden, welches das schnurförmige Material (52) des Bandes (51) aus ausgedehntem Graphit bedeckt, um äußere Verstärkung anzuwenden. Diese Carbonfasern und anderen spröden Fasern können einem Spinn- oder Verdrillungsverfahren bei der Herstellung der Stopfbuchsenpackung (54) ausreichend standhalten und haben solche Eigenschaften, dass sie auch verseilt kaum brechen.
In dem Fall, dass die Stopfbuchsenpackung (54) mit dem Stopfbuchsenpackungsmaterial (50) hergestellt wird, das mit solchen Carbonfasern oder spröden Fasern verstärkt ist, wird, wenn ein Wellendichtungsteil einer Fluidvorrichtung durch die Stopfbuchsenpackung (54) abgedichtet wird, erwartet, dass das Gegenelement nicht beschädigt wird, der Gleitwiderstand auf ein niedriges Niveau gedrückt wird, die Rotationsleistung oder axiale Gleitleistung des Gegenelementes verbessert wird und die Wärmebeständigkeit erhöht wird. Insbesondere in dem Fall, dass wirtschaftliche spröde Fasern wie z.B. Glasfasern verwendet werden, wird erwartet, dass die Kosten des Stopfbuchsenpackungsmaterials (50) und der Stopfbuchsenpackung (54) verringert werden.
Anders als Metalldrähte weisen Carbonfasern und spröde Fasern jedoch geringe Zähigkeit auf. Auch wenn zur äußeren Verstärkung des Bandes (51) aus ausgedehntem Graphit versuchsweise Wirken oder Spinnen angewendet werden, brechen deshalb solche Fasern.
Infolgedessen war es bislang unmöglich, das Stopfbuchsenpackungsmaterial (50) zu erzeugen, bei dem das Band (51) aus ausgedehntem Graphit äußerlich durch ein Verstärkungsmaterial verstärkt wird, das durch Carbonfasern oder spröde Fasern ausgestaltet ist.
Die EP 1 179 698 A1 und die EP 1 193 428 A1 offenbaren aus ausgedehntem Graphit hergestellte Stopfbuchsenpackungsmaterialien, bei denen Bänder aus ausgedehntem Graphit gefaltet und/oder verdrillt werden und mit gesponnenen oder gewirkten Verstärkungsmaterialien bedeckt werden, um die Zugfestigkeit des Stopfbuchsenpackungsmaterials zu verbessern. Die US 2002/0069635 A1 offenbart ein Stopfbuchsenmaterial, bei dem ein Carbonfasermaterial unter Verwendung einer haftenden Schicht zu einem Band aus ausgedehntem Graphit laminiert wird.
Die Erfindung ist angesichts der oben beschriebenen Umstände gemacht worden. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Stopfbuchsenpackungsmaterial bereitzustellen, das eine äußere Verstärkungsstruktur aufweist, die durch Erhöhung der Produktivität wirtschaftlich bereitgestellt werden kann, und bei der die Formbeständigkeitseigenschaft verbessert ist, um die Dichtungseigenschaft zu verbessern, sowie eine Stopfbuchsenpackung, die unter Verwendung des Stopfbuchsenpackungsmaterials hergestellt wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, äußere Verstärkung durch Carbonfasern zu ermöglichen, wodurch verhindert wird, dass ein Gegenelement bei der Abdichtung beschädigt wird, der Gleitwiderstand auf ein niedriges Niveau gedrückt wird und die Wärmebeständigkeit verbessert ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, äußere Verstärkung durch spröde Fasern zu ermöglichen, wodurch ein wirtschaftliches Stopfbuchsenpackungsmaterial, das eine äußere Verstärkungsstruktur aufweist, und eine wirtschaftliche Stopfbuchsenpackung, die unter Verwendung des Stopfbuchsenpackungsmaterials hergestellt wird, bereitgestellt werden.
Es ist wiederum eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von Stopfbuchsenpackungen in einem breiten Spektrum von einem großen Durchmesser zu einem kleinen Durchmesser zu bewerkstelligen und den Vorteil langer Haltbarkeit beizubehalten.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Um die Aufgaben zu erfüllen, wird die Erfindung z.B. in der Weise ausgestaltet, die mit Bezug auf 1 bis 21 beschrieben wird, welche Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf ein Stopfbuchsenpackungsmaterial und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Material durch ein schnurförmiges Material (40) ausgestaltet ist, das ausgebildet ist durch Verseilen eines streifenförmigen Grundmaterials (4) oder Wickeln eines streifenförmigen Grundmaterials (4) um eine Längsrichtung oder Wickeln eines streifenförmigen Grundmaterials (4) um eine Längsrichtung und anschließendes Verseilen des Grundmaterials, wobei das Grundmaterial (4) Folgendes aufweist: ein blattförmiges Verstärkungsmaterial (20), das ausgestaltet ist durch ein Fasermaterial (2); und einen streifenförmig ausgedehnten Graphit (3), wobei das Verstärkungsmaterial (20) wenigstens auf einer Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) angeordnet ist, ein Bereich des Verstärkungsmaterials (20) außerhalb des schnurförmigen Materials (40) angeordnet ist, ein verbleibender Bereich in das schnurförmige Material (40) eingebunden ist, eine große Anzahl von Öffnungen (20A) in dem Verstärkungsmaterial (20) ausgebildet sind und der streifenförmig ausgedehnte Graphit (3) den Öffnungen (20A) zugewandt ist, wobei das Fasermaterial (2) durch ein Blatt (2B) mit Faseröffnung, in dem multifilamente Garne geöffnet sind, zu einer blattförmigen Gestalt ausgebildet ist und der ausgedehnte Graphit (3) mit den Öffnungen (20A) in Eingriff steht, um die Verbindungskraft zwischen dem streifenförmig ausgedehnten Graphit (3) und dem Verstärkungsmaterial (20) zu erhöhen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Stopfbuchsenpackung und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der Stopfbuchsenpackungen (1) verwendet und versponnen oder verdrillt werden.
Entsprechend der Ausgestaltung hat die Erfindung die folgenden Vorteile.
Bei dem schnurförmigen Material wird ein Bereich des blattförmigen Verstärkungsmaterials, das durch das Fasermaterial ausgestaltet ist, auf der äußeren Fläche angeordnet und durch das Verstärkungsmaterial auf sichere Weise verstärkt.
Außerdem wird, da die zahlreichen Öffnungen in dem Verstärkungsmaterial ausgebildet sind und der streifenförmig ausgedehnte Graphit den Öffnungen zugewandt ist, ein so genannter Ankereffekt erzeugt, bei dem der ausgedehnte Graphit mit den Öffnungen in Eingriff tritt. Wegen des Ankereffekts wird die Verbindungskraft zwischen dem streifenförmig ausgedehnten Graphit und dem Verstärkungsmaterial erhöht. Auch wenn eine verwendete Menge eines Klebemittels zum Verbinden des streifenförmig ausgedehnten Graphits mit dem Verstärkungsmaterial auf null oder eine sehr kleine Menge begrenzt ist, wird das Verstärkungsmaterial während des Spinnens oder eines Verdrillungsvorgangs bei der Herstellung einer Stopfbuchsenpackung kaum von dem streifenförmig ausgedehnten Graphit getrennt, und die äußere Verstärkungswirkung aufgrund des Verstärkungsmaterials kann effektiv angewandt werden.
Da die verwendete Menge des Klebemittels auf null oder eine sehr kleine Menge begrenzt werden kann, ist es möglich, eine Verringerung der Eigenschaften des streifenförmig ausgedehnten Graphits wie z.B. der Affinität und der Kompressions-Rückverformungs-Eigenschaft durch Aushärten des Klebemittels zu unterdrücken. Auch wenn eine Stopfbuchsenpackung, bei der das Stopfbuchsenpackungsmaterial verwendet wird, unter Bedingungen hoher Temperatur verwendet wird, kann verhindert werden, dass eine Verringerung der Dichtungseigenschaft aufgrund von Verbrennung des Klebemittels eintritt.
Der streifenförmig ausgedehnte Graphit hat Eigenschaften, die bei der Abdichtung bevorzugt sind und die für eine Packung erforderlich sind, wie z.B. die Wärmebeständigkeit, die Kompressibilität und die Rückverformungseigenschaft, und die Stopfbuchsenpackung kann ein Wellendichtungsteil einer Fluidvorrichtung abdichten und gleichzeitig eine hohe Dichtungseigenschaft bereitstellen. Da das Verstärkungsmaterial in das schnurförmige Material eingebunden ist, wird eine Sandwich-Struktur ausgebildet, bei der ein Bereich des streifenförmig ausgedehnten Graphits von dem Verstärkungsmaterial sandwichartig umgeben wird, so dass in dem Fall, dass die Packung komprimiert wird oder ein Druck auf die Packung ausgeübt wird, die Bewegung von ausgedehnten Graphitpartikeln unterdrückt wird. Bei einer Stopfbuchsenpackung, die mit dem Stopfbuchsenpackungsmaterial hergestellt ist, kann daher, wenn die Packung komprimiert wird oder ein Druck auf die Packung ausgeübt wird, der Betrag unterdrückt werden, um welchen ausgedehnte Graphitpartikel von dem Stopfbuchsenpackungsmaterial vorstehen. Infolgedessen wird verhindert, dass der Dichtungsflächendruck der Stopfbuchsenpackung gesenkt wird, so dass die Druckwiderstandsleistung verbessert werden kann, und die auf das Gegenelement anzuwendende Druckkontaktkraft wird erhöht, so dass die Dichtungseigenschaft verbessert werden kann.
Das Verstärkungsmaterial wird außerhalb des schnurförmigen Materials durch Verseilen des Grundmaterials oder Wickeln des Grundmaterials um die Längsrichtung, oder aber durch Wickeln und anschließendes Verseilen des Grundmaterials angeordnet. Anders als im oben beschriebenen Stand der Technik kann daher eine äußere Verstärkungsstruktur leicht erzeugt werden, ohne ein Spinnen oder dergleichen eines Fasermaterials durchzuführen. Infolgedessen wird die Produktivität verbessert, und daher ist es möglich, ein wirtschaftliches Stopfbuchsenpackungsmaterial und eine Stopfbuchsenpackung bereitzustellen, die durch das Stopfbuchsenpackungsmaterial ausgestaltet ist.
Bei dem schnurförmigen Material kann ein Bereich der äußeren Seite durch das Verstärkungsmaterial abgedeckt werden. Wenn jedoch ein gesamtes Äußeres des schnurförmigen Materials mit dem Verstärkungsmaterial bedeckt ist, wird die äußere Verstärkungswirkung effektiver ausgeübt. Daher ist dies vorzuziehen.
In dem Fall, dass es sich bei dem Fasermaterial um Carbonfasern oder andere spröde Fasern handelt, werden, wenn das Grundmaterial verseilt oder gewickelt und dann verseilt wird, gebogene Bereiche in dem Fasermaterial erzeugt. Wenn die gebogenen Bereiche von einer Oberfläche des schnurförmigen Materials freiliegen, verwickeln sich die von der Oberfläche freiliegenden gebogenen Bereiche miteinander während des Spinnens oder eines Verdrillungsvorgangs der Herstellung einer Stopfbuchsenpackung, um einen relativen Schlupf des Stopfbuchsenpackungsmaterials zu unterdrücken, wodurch die Formbeständigkeitseigenschaft der Stopfbuchsenpackung verbessert werden kann.
Das Verstärkungsmaterial kann auf nur einer Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits angeordnet sein. Alternativ kann das Verstärkungsmaterial auf beiden Flächen des streifenförmig ausgedehnten Graphits angeordnet sein. In dem Fall, dass das Verstärkungsmaterial auf beiden Flächen des streifenförmig ausgedehnten Graphits angeordnet ist, wird ein eingebundener Anteil des Verstärkungsmaterials erhöht, der in das schnurförmige Material eingebunden ist, und das schnurförmige Material kann auch von der inneren Seite her erheblich verstärkt werden. Daher wird die Zugfestigkeit des Stopfbuchsenpackungsmaterials weiter erhöht. Da das durch das Fasermaterial ausgestaltete Verstärkungsmaterial auf beiden Flächen des streifenförmig ausgedehnten Graphits angeordnet ist und der eingebundene Anteil des Verstärkungsmaterials erhöht ist, wird die Bewegung der ausgedehnten Graphitpartikel zufriedenstellend unterdrückt, so dass die Formbeständigkeitseigenschaft des Stopfbuchsenpackungsmaterials verbessert wird. Infolgedessen kann bei einer Stopfbuchsenpackung, die mit dem Stopfbuchsenpackungsmaterial hergestellt ist, die auf das Gegenelement anzuwendende Druckkontaktkraft weiter erhöht werden.
Beispielsweise kann das blattförmige Verstärkungsmaterial, das durch ein Fasermaterial ausgestaltet ist, durch ein Blatt mit Faseröffnung ausgestaltet sein, in dem multifilamente Garne in einer blattförmigen Gestalt geöffnet sind.
In diesem Fall ist eine Dicke des Blattes mit Faseröffnung bevorzugt auf 10 μm bis 300 μm und besonders bevorzugt auf 30 μm bis 100 μm eingestellt. Entsprechend der Ausgestaltung kann das Blatt mit Faseröffnung einfach hergestellt werden, das Blatt kann leicht verseilt werden, so dass die äußere Verstärkungswirkung erhöht werden kann, und das Auftreten von Leckage aus einem Bereich des Verstärkungsmaterials kann verhindert werden.
Als Fasermaterial können ein oder mehrere Materialien verwendet werden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus Carbonfasern und anderen spröden Fasern sowie zähen Fasern besteht. Mit diesen Fasermaterialien kommt eine bessere Dichtungseigenschaft zur Wirkung, da die Dicke der einzelnen Faser geringer ist. Wenn jede Faser übermäßig dünn ist, kann das Fasermaterial während eines Verseilungsverfahrens brechen, und wenn jede Faser übermäßig dick ist, ist das Fasermaterial kaum zu verseilen. Daher beträgt der Durchmesser jeder Faser bevorzugt 3 μm bis 15 μm, und besonders bevorzugt liegt er in einem Bereich von 5 μm bis 9 μm.
In dem Fall, dass als Fasermaterial Carbonfasern oder spröde Fasern verwendet werden, ist gegenüber dem Stand der Technik, in dem das Verstärkungsmaterial durch Durchführung eines Spinnvorgangs oder dergleichen mit Metalldrähten ausgestaltet wird, nicht zu befürchten, dass die Stopfbuchsenpackung einen großen Kratzer auf einem Gegenelement bildet, und der Gleitwiderstand ist so niedrig, dass die Rotationsleistung oder axiale Gleitleistung des Gegenelementes verbessert werden kann und eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit erzielt werden kann. Insbesondere in dem Fall, dass Carbonfasern verwendet werden, können diese Leistungen eher zufriedenstellend erzielt werden. In dem Fall, dass andere spröde Fasern verwendet werden, kann die Erfindung wirtschaftlich umgesetzt werden.
Spezifische Beispiele für die spröden Fasern sind Glasfasern, Silikafasern und Keramikfasern wie z.B. Aluminiumoxid und Aluminiumoxid-Silika. Es können ein oder zwei oder mehr Bestandteile verwendet werden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus diesen Fasern besteht.
In dem Fall, dass als Fasermaterial zähe Fasern verwendet werden, kann das Fasermaterial leicht durch Verwendung von dünnen Fasern hergestellt werden, da die Fasern hohe Biegsamkeit aufweisen und ausgezeichnete Umformbarkeit zur Wirkung bringen. Ein wirtschaftliches Stopfbuchsenpackungsmaterial kann bereitgestellt werden, weil die Fasern sich durch hohe Produktivität auszeichnen. Wenn ein solches Stopfbuchsenpackungsmaterial verwendet wird, kann nicht nur eine Stopfbuchsenpackung mit großem Durchmesser, sondern auch eine Stopfbuchsenpackung mit kleinem Durchmesser leicht hergestellt werden, und außerdem ist es möglich, eine Stopfbuchsenpackung herzustellen, die hohe Haltbarkeit aufweist und die wirtschaftlich ist.
Spezifische Beispiele für die zähen Fasern sind Metallfasern, Aramidfasern und PBO- (Poly-p-Phenylenbenzobisoxazol-) -Fasern. Es können ein oder zwei oder mehr Bestandteile verwendet werden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, welche aus diesen Fasern besteht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 bis 21 zeigen Ausführungsformen der Erfindung.
1 bis 7 zeigen eine erste Ausführungsform des Stopfbuchsenpackungsmaterials der Erfindung; 1 ist eine perspektivische Ansicht des Stopfbuchsenpackungsmaterials, 2 ist eine vergrößerte Teildarstellung in Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem streifenförmig ausgedehnter Graphit zahlreichen Öffnungen eines Verstärkungsmaterials zugewandt ist, das durch ein Fasermaterial ausgestaltet ist; 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 2; 4 ist eine vergrößerte Ansicht, die gebogene Bereiche des Fasermaterials darstellt, 5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Faserbündel darstellt; 6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Blatt mit Faseröffnung darstellt, und 7 ist eine perspektivische Ansicht eines Grundmaterials.
8 ist eine perspektivische Ansicht von streifenförmig ausgedehntem Graphit in einem Zustand, in dem eine geringe Menge Klebemittel verwendet wird, und zeigt eine Abwandlung eines Verfahrens zur Herstellung des Grundmaterials.
9 und 10 zeigen eine weitere Abwandlung des Verfahrens zur Herstellung des Grundmaterials, 9 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem Pulver aus ausgedehntem Graphit auf ein Blatt mit Faseröffnung aufgebracht wird, und 10 ist eine Schnittansicht des Grundmaterials.
11 bis 13 zeigen Abwandlungen des Grundmaterials in der ersten Ausführungsform, 11 ist eine Schnittansicht eines Grundmaterials in einer ersten Abwandlung, 12 ist eine Schnittansicht eines Grundmaterials in einer zweiten Abwandlung, und 13 ist eine Schnittansicht eines Grundmaterials in einer dritten Abwandlung.
14 ist eine perspektivische Ansicht, die eine zweite Ausführungsform des Stopfbuchsenpackungsmaterials der Erfindung zeigt.
15 und 16 zeigen eine dritte Ausführungsform des Stopfbuchsenpackungsmaterials der Erfindung; 15 ist eine Schnittansicht eines Grundmaterials, und 16 ist eine perspektivische Ansicht des Stopfbuchsenpackungsmaterials.
17 und 18 zeigen Abwandlungen des Grundmaterials in der dritten Ausführungsform; 17 ist eine Schnittansicht eines Grundmaterials in einer ersten Abwandlung, und 18 ist eine Schnittansicht eines Grundmaterials in einer zweiten Abwandlung.
19 ist eine perspektivische Ansicht, die eine vierte Ausführungsform des Stopfbuchsenpackungsmaterials der Erfindung zeigt.
20 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform der Stopfbuchsenpackung der Erfindung zeigt.
21 ist eine perspektivische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform der Stopfbuchsenpackung der Erfindung zeigt.
22 bis 27 zeigen den Stand der Technik.
22 ist eine perspektivische Ansicht eines Stopfbuchsenpackungsmaterials aus dem Stand der Technik 1, und 23 ist eine perspektivische Ansicht eines Stopfbuchsenpackungsmaterials aus dem Stand der Technik 2.
24 ist eine perspektivische Ansicht einer Stopfbuchsenpackung, die durch Spinnen des Stopfbuchsenpackungsmaterials aus dem Stand der Technik 1 ausgebildet ist, und 25 ist eine perspektivische Ansicht einer Stopfbuchsenpackung, die durch Verdrillen des Stopfbuchsenpackungsmaterials aus dem Stand der Technik 1 ausgebildet ist.
26 ist eine perspektivische Ansicht einer Stopfbuchsenpackung, die durch Spinnen des Stopfbuchsenpackungsmaterials aus dem Stand der Technik 2 ausgebildet ist, und 27 ist eine perspektivische Ansicht einer Stopfbuchsenpackung, die durch Verdrillen des Stopfbuchsenpackungsmaterials aus dem Stand der Technik 2 ausgebildet ist.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine erste Ausführungsform des Stopfbuchsenpackungsmaterials der Erfindung zeigt. Mit Bezug auf die Figur ist das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) ausgestaltet durch ein schnurförmiges Material (40), das ausgebildet ist durch sequentielles Verseilen eines streifenförmigen Grundmaterials (4) in Längsrichtung, wobei von einem Ende begonnen wird. Das Grundmaterial (4) umfasst: ein blattförmiges Verstärkungsmaterial (20), das durch zahlreiche lange Carbonfasern (2) ausgestaltet ist, die sehr dünn sind; und einen streifenförmig ausgedehnten Graphit (3). Das Verstärkungsmaterial (20) ist auf einer Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) angeordnet. Der Verseilungsvorgang wird so angewendet, dass das Verstärkungsmaterial (20) nach außen gerichtet ist. Daher befindet sich das schnurförmige Material (40) in dem Zustand, in dem der streifenförmig ausgedehnte Graphit (3) mit dem Verstärkungsmaterial (20) bedeckt ist. Das Verseilungsverfahren wird so angewendet, dass ein Bereich des Verstärkungsmaterials (20) in das schnurförmige Material (40) eingebunden ist. Dementsprechend sind, wie in 1 dargestellt, ein Bereich der Carbonfasern (2) und ein Endbereich (5) in Breitenrichtung des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) in das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) eingebunden. Daher hat der eine Endbereich (5) des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) eine Sandwich-Struktur, in welcher der Bereich, der durch eine Region (L) bezeichnet ist, durch das Verstärkungsmaterial (20) sandwichartig umgeben wird. Daher ist das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) so ausgestaltet, dass es eine äußere Verstärkungsstruktur aufweist, in welcher das Verstärkungsmaterial (20), das durch die Carbonfasern (2) ausgestaltet ist, über die gesamte äußere Randfläche angeordnet ist, und ein Bereich des Verstärkungsmaterials (20) ist zwischen dem streifenförmig ausgedehnten Graphit (3) angeordnet.
Wie in 2 und 3 gezeigt, umfasst das Verstärkungsmaterial (20) eine große Anzahl von Öffnungen (20A), und der streifenförmig ausgedehnte Graphit (3) ist den Öffnungen (20A) zugewandt. Die zahlreichen Öffnungen (20A) werden in einem Fall ausgebildet, in welchem die Öffnungen spontan ausgebildet werden, wenn das durch zahlreiche lange, sehr dünne Carbonfasern (2) ausgebildete Verstärkungsmaterial (20) verseilt wird, oder einem Fall, in dem viele Bereiche des Verstärkungsmaterials (20) mit leichter Kraftaufwendung in einer solchen Weise zerrissen werden, dass benachbarte Carbonfasern (2) voneinander getrennt werden und lokale Spalte zuvor auf künstliche Weise vor dem Verseilungsvorgang ausgebildet werden.
Die Carbonfasern (2) haben die Eigenschaft, durch eine äußere Kraft des Niveaus der Verseilung kaum zu brechen. Daher ist es möglich, das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) zu erzeugen, das eine äußere Verstärkungsstruktur aufweist, in welcher der streifenförmig ausgedehnte Graphit (3) durch das Verstärkungsmaterial (20) bedeckt ist, das durch die Carbonfasern (2) ausgestaltet ist. Des Weiteren ist der streifenförmig ausgedehnte Graphit (3) den zahlreichen Öffnungen (20A) zugewandt, die in dem Verstärkungsmaterial (20) ausgebildet sind, das durch die Carbonfasern (2) ausgestaltet ist, und der ausgedehnte Graphit (3) steht mit den Öffnungen (20A) in Eingriff, um einen so genannten Ankereffekt zu erzielen. Aufgrund des Ankereffektes wird die Verbindungskraft zwischen dem streifenförmig ausgedehnten Graphit (3) und dem Verstärkungsmaterial (20) erhöht, und daher kann auf die Verwendung eines Klebemittels verzichtet werden. In einem Verfahren, in dem das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) gesponnen oder verdrillt wird, um eine Stopfbuchsenpackung herzustellen, wird nämlich das Verstärkungsmaterial (20) kaum von dem streifenförmig ausgedehnten Graphit (3) getrennt, auch wenn kein Klebemittel verwendet wird. Daher kann die äußere Verstärkungswirkung durch das Verstärkungsmaterialien (20) effektiv ausgeübt werden. Der Verzicht auf die Verwendung eines Klebemittels unterdrückt eine Verringerung der Eigenschaften des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) wie z.B. der Affinität und der Kompressions-Rückverformungseigenschaft durch Aushärten des Klebemittels. Außerdem sind der Bereich der Carbonfasern (2) und der eine Endbereich (5) in Breitenrichtung des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) in das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) eingebunden. Daher wird die Sandwich-Struktur ausgebildet, in welcher der eine Endbereich (5) des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) durch das Verstärkungsmaterial (20) sandwichartig umgeben wird, so dass, wenn die Packung komprimiert wird oder ein Druck auf die Packung ausgeübt wird, eine Bewegung von ausgedehnten Graphitpartikeln unterdrückt wird. Bei einer mit dem Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) hergestellten Stopfbuchsenpackung kann daher, wenn die Packung komprimiert wird oder ein Druck auf die Packung angewendet wird, der Betrag, um den die ausgedehnten Graphitpartikel von dem Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) vorstehen, unterdrückt werden. Infolgedessen wird eine Verringerung des Dichtungsflächendrucks verhindert, so dass die Druckwiderstandsleistung verbessert werden kann, und die auf das Gegenelement anzuwendende Druckkontaktkraft wird erhöht, so dass auch die Dichtungseigenschaft verbessert werden kann.
Bei dem Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) ist es lediglich erforderlich, eine Verseilung durchzuführen, um einen Zustand zu erreichen, in dem ein Bereich des Grundmaterials (4) eingebunden ist und eine äußere Verstärkungsstruktur leicht ausgestaltet werden kann. Gegenüber der Herstellung des herkömmlichen Stopfbuchsenpackungsmaterials (50), bei dem eine äußere Verstärkungsstruktur durch ein gewirktes oder gesponnenes Material aus Metalldrähten ausgestaltet ist, wird daher die Umformbarkeit während der Herstellung verbessert, und das Material kann wirtschaftlich hergestellt werden.
Wenn das Grundmaterial (4) verseilt ist, wie in 4 gezeigt, werden in den Carbonfasern (2) gebogene Bereiche (2a) regellos ausgebildet, und die gebogenen Bereiche (2a) liegen von der Oberfläche des schnurförmigen Materials (40) frei. Während des Spinnens oder eines Verdrillungsvorgangs zur Herstellung einer Stopfbuchsenpackung, die später beschrieben wird, verwickeln sich daher die gebogenen Bereiche (2a) miteinander, die regellos von der Oberfläche des schnurförmigen Materials (40) freiliegen, um einen relativen Schlupf des Stopfbuchsenpackungsmaterials (1) zu unterdrücken, wodurch die Formbeständigkeitseigenschaft der Stopfbuchsenpackung verbessert werden kann.
Beispielsweise kann das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) in dem folgenden Verfahren hergestellt werden.
Zuerst wird das Grundmaterial (4) in dem folgenden Verfahren ausgebildet.
Wie in 5 gezeigt, wird zunächst ein multifilamentes Garn, in dem beispielsweise 12.000 Carbonfasern (2) mit einem Durchmesser von jeweils 7 μm gebündelt sind, dazu verwendet, ein Carbonfaserbündel (2A) auszubilden, in welchem die Fasern in einer flachen Form mit einer Breite (W) = 4,00 mm und einer Dicke (T) = 0,20 mm gebündelt sind. Sodann erfolgt eine Faseröffnung des Carbonfaserbündels (2A) zu einer blattförmigen Gestalt, so dass es in der Breitenrichtung erweitert wird, wodurch ein Blatt (2B) mit Faseröffnung ausgebildet wird, das eine Breite (W1) = 25,00 mm und eine Dicke (T1) = 0,03 mm aufweist, wie in 6 gezeigt.
Beispielsweise wird das Faseröffnungsverfahren folgendermaßen durchgeführt. Zuerst wird das Carbonfaserbündel (2A) erwärmt, um ein Schlichtmittel für das Faserbündel zu erweichen, und das Carbonfaserbündel (2A) wird in Längsrichtung zugeführt, während die Geschwindigkeit des Faserbündels in diesem Zustand gesteuert wird. Ein Luftstrom wird in Querrichtung geblasen, während ein vorgegebener Überdosierungsbetrag eingehalten wird. In einem Bereich, durch den der Luftstrom hindurchtritt, wird das Faserbündel (2A) bogenförmig belastet, um in der Breitenrichtung aufgebunden zu werden, und das Schlichtmittel wird abgekühlt und gehärtet, wodurch das ausgedehnte Blatt (2B) mit Faseröffnung ausgebildet wird.
Wie in 7 gezeigt, wird als Nächstes das Blatt mit (2B) Faseröffnung auf eine Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) aufgelegt, der eine Breite (W2) = 25,00 mm und eine Dicke (T2) = 0,25 mm aufweist, um das Grundmaterial (4) auszubilden, in dem das durch die Carbonfasern (2) ausgestaltete blattförmige Verstärkungsmaterial (20) auf einer Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) angeordnet ist.
Sodann wird das Grundmaterial (4) verseilt, so dass es zu dem schnurförmigen Material (40) ausgebildet wird, wodurch das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) erzeugt wird.
Bevorzugt wird bei dem Grundmaterial (4) auf ein Klebemittel verzichtet. Die Verbindungskraft zwischen dem Verstärkungsmaterial (20) und dem streifenförmig ausgedehnten Graphit (3) kann jedoch mit Hilfe einer kleinen Menge an Klebemittel erhöht werden. Insbesondere kann beispielsweise, wie in 8 gezeigt, ein Klebemittel (6) aus Epoxidharz, Akrylharz, Phenolharz oder ähnlichem Harz punktförmig auf einer Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) angeordnet werden, der eine Breite (W2) = 25,00 mm und eine Dicke (T2) = 0,25 mm aufweist, und das Blatt (2B) mit Faseröffnung kann auf eine Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) in diesem Zustand aufgelegt werden, um das Grundmaterial (4) auszubilden. Das Klebemittel (6) wird punktförmig angewendet, so dass die verwendete Menge auf ein sehr niedriges Niveau begrenzt ist. Daher wird eine Verringerung der Eigenschaften des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) wie z.B. der Affinität und der Kompressions-Rückverformungseigenschaft durch Aushärten des Klebemittels (6) verhindert.
Alternativ kann beispielsweise, wie in 9 und 10 gezeigt, wenn Pulver aus ausgedehntem Graphit zu dem streifenförmig ausgedehnten Graphit (3) formgepresst werden soll, das Grundmaterial (4) durch Anordnen des Verstärkungsmaterials (20), das mit einer Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) zu integrieren ist, ausgebildet werden. Insbesondere wird, wie in 9 gezeigt, Pulver aus ausgedehntem Graphit (3A) auf das Blatt (2B) mit Faseröffnung aufgebracht, das eine Breite (W1) = 25,00 mm und eine Dicke (T1) = 0,03 mm aufweist. Sodann wird ein Formpressverfahren angewendet, wodurch das Grundmaterial (4) ausgebildet wird, in dem, wie in 10 dargestellt, das Verstärkungsmaterial (20), das durch das Blatt (2B) mit Faseröffnung ausgestaltet ist, auf einer Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) angeordnet ist, der komprimiert wird, so dass er eine Breite (W2) = 25,00 mm und eine Dicke (T2) = 0,25 mm aufweist.
In der ersten Ausführungsform sind das Verstärkungsmaterial (20), welches das Grundmaterial (4) bildet, und der streifenförmig ausgedehnte Graphit (3) so ausgebildet, dass sie dieselbe Breite aufweisen. Alternativ können erfindungsgemäß ihre Breiten voneinander verschieden sein.
In einer ersten Abwandlung, die in 11 gezeigt ist, wird beispielsweise das Grundmaterial (4) ausgebildet, indem das Blatt (2B) mit Faseröffnung, das eine größere Breite aufweist als der streifenförmig ausgedehnte Graphit (3), auf eine Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) aufgelegt wird.
In einer zweiten Abwandlung, die in 12 gezeigt ist, wird das Grundmaterial (4) dadurch ausgebildet, dass das Blatt (2B) mit Faseröffnung, das eine geringere Breite aufweist als der streifenförmig ausgedehnte Graphit (3), auf eine Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) aufgelegt wird. In der zweiten Abwandlung liegt, wenn beide Endbereiche in der Breitenrichtung des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) von dem Blatt (2B) mit Faseröffnung vorstehen, einer der vorstehenden Endbereiche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) zu der Außenseite des schnurförmigen Materials (40) frei. Von den Endbereichen in Breitenrichtung des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) ist daher derjenige Endbereich, der einem Endbereich (5) entgegengesetzt ist, welcher in das schnurförmige Material (40) eingebunden sein soll, bevorzugt mit dem Endbereich in Breitenrichtung des Blattes (2B) mit Faseröffnung ausgerichtet, wie durch die gestrichelte Linie in 12 angezeigt.
In einer dritten Abwandlung, die in 13 gezeigt wird, ist das Grundmaterial (4) dadurch ausgebildet, dass der streifenförmig ausgedehnte Graphit (3) auf beide Flächen eines breiten Blattes (2B) mit Faseröffnung gelegt wird. In diesem Fall kann, wenn das Grundmaterial (4) verseilt wird, einer der streifenförmig ausgedehnten Graphite (3) zu der Außenseite des schnurförmigen Materials (40) freiliegen. Daher ist es vorzuziehen, den einen streifenförmig ausgedehnten Graphit (3) in einem Bereich in der Nähe eines Endes in Breitenrichtung des Blattes (2B) mit Faseröffnung auszubilden, so dass, wenn das Grundmaterial (4) verseilt wird, der Graphit in das schnurförmige Material (40) eingebunden ist.
Es versteht sich, dass bei dem Fasermaterial und dem streifenförmig ausgedehnten Graphit, die in der Erfindung verwendet werden, die Dicke der Fasern, die Anzahl der gebündelten Fasern, die Breite des Blattes, die Dicke des Blattes, die Breite und Dicke des streifenförmig ausgedehnten Graphits und dergleichen nicht auf diejenigen aus der oben beschriebenen ersten Ausführungsform begrenzt sind.
Bevorzugt werden jedoch als Carbonfasern (2) Fasern verwendet, die jeweils einen Durchmesser von 3 μm bis 15 μm aufweisen. Wenn der Durchmesser kleiner als 3 μm ist, können die Fasern während des Verseilungsverfahrens brechen, und wenn der Durchmesser größer als 15 μm ist, sind die Fasern kaum zu verseilen. Die Carbonfasern (2) bringen eine bessere Dichtungseigenschaft zur Wirkung, da ihr Durchmesser kleiner ist. Daher ist es besonders bevorzugt, den Durchmesser der Carbonfasern (2) auf einen Bereich von 5 μm bis 9 μm einzustellen. In der Erfindung können anstelle von Carbonfasern andere spröde Fasern oder zähe Fasern verwendet werden. In dem Fall, dass zähe Fasern wie z.B. Metallfasern verwendet werden, weisen solche Fasern hohe Biegsamkeit auf, und daher ist es weniger wahrscheinlich, dass sie während des Verseilungsverfahrens brechen. In einem solchen Fall können daher dünnere Fasern verwendet werden.
Außerdem ist die Dicke (T1) des Blattes (2B) mit Faseröffnung bevorzugt auf einen Bereich von 10 μm bis 300 μm und besonders bevorzugt auf einen Bereich von 30 μm bis 100 μm eingestellt. Wenn die Dicke (T1) geringer als 10 μm ist, verringert sich die äußere Verstärkungswirkung, und es wird kaum ein gleichmäßiges Blatt erzeugt. Ist die Dicke (T1) größer als 300 μm, so kann die äußere Verstärkungswirkung erhöht werden, aber das Verseilungsverfahren ist kaum anzuwenden, und es kommt leicht zu einer Leckage aus einem Verstärkungsmaterial.
14 ist eine perspektivische Ansicht, die eine zweite Ausführungsform des Stopfbuchsenpackungsmaterials der Erfindung darstellt. Das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) der zweiten Ausführungsform wird ausgebildet durch das schnurförmige Material (40), das, wie in 14 gezeigt, ausgebildet wird, indem das Grundmaterial (4), welches in derselben Weise ausgebildet ist wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, in dem Zustand um die Längsrichtung gewickelt wird, in dem das durch die Carbonfasern (2) ausgestaltete Verstärkungsmaterial (20) nach außen gerichtet ist. Die Carbonfasern (2) sind parallel zu der Längsrichtung des schnurförmigen Materials (40) angeordnet. Ein Bereich des durch die Carbonfasern (2) ausgestalteten Verstärkungsmaterials (20) bedeckt die gesamte Außenseite des schnurförmigen Materials (40), und der verbleibende Bereich ist innerhalb des schnurförmigen Materials (40) angeordnet.
Auf dieselbe Weise wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform sind nämlich der Bereich der Carbonfasern (2) und der eine Endbereich (5) in Breitenrichtung des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) in das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) eingebunden, und der eine Endbereich (5) des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) hat eine Sandwich-Struktur, bei welcher der durch die Region (L) angezeigte Bereich von dem Verstärkungsmaterial (20) sandwichartig umgeben wird.
Die übrige Ausgestaltung ist derjenigen aus der ersten Ausführungsform ähnlich und funktioniert auf ähnliche Weise. Auf ihre Beschreibung wird daher verzichtet.
Wenn das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) der zweiten Ausführungsform spiralförmig verseilt wird, kann das Material zu dem Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) ausgebildet werden, dessen Erscheinungsbild mit demjenigen aus der ersten Ausführungsform identisch ist. In diesem Fall werden beispielsweise gebogene Bereiche in der Oberfläche des schnurförmigen Materials ausgebildet, und das Material kann auf ähnliche Weise funktionieren und Wirkungen erzielen wie bei der ersten Ausführungsform.
15 und 16 zeigen eine dritte Ausführungsform der Erfindung.
In sowohl der ersten als auch der zweiten oben beschriebenen Ausführungsform ist das Verstärkungsmaterial (20) nur auf einer Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) angeordnet. Demgegenüber ist in der dritten Ausführungsform, wie in 15 gezeigt, das Grundmaterial (4) dadurch ausgebildet, dass das Verstärkungsmaterial (20), das durch das Blatt (2B) mit Faseröffnung ausgestaltet ist, welches eine Breite aufweist, die derjenigen des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) gleich ist, auf den beiden Flächen des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) angeordnet ist.
In gleicher Weise wie bei der ersten oben beschriebenen Ausführungsform wird das Grundmaterial (4) in Längsrichtung verseilt, wobei von einem Ende begonnen wird, wodurch das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1), das durch das schnurförmige Material (40) ausgebildet ist, wie in 16 gezeigt ausgebildet wird.
In der dritten Ausführungsform ist das Verstärkungsmaterial (20), das durch die Carbonfasern (2) ausgestaltet ist, auf den beiden Flächen des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) angeordnet. Gegenüber der ersten Ausführungsform ist daher die eingebundene Menge der Carbonfasern (2) größer, die in das schnurförmige Material (40) eingebunden ist. Infolgedessen wird das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) äußerlich verstärkt und von der inneren Seite aus weiter verstärkt, so dass die Zugfestigkeit weiter verbessert wird. Da das Verstärkungsmaterial (20), das durch die Carbonfasern (2) ausgestaltet ist, auf beiden Flächen des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) angeordnet ist und der eingebundene Anteil des Verstärkungsmaterials (20) erhöht ist, wird eine Bewegung von ausgedehnten Graphitpartikeln unterdrückt, so dass die Formbeständigkeitseigenschaft verbessert wird. Infolgedessen kann bei einer Stopfbuchsenpackung, die mit dem Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) hergestellt ist, die auf das Gegenelement anzuwendende Druckkontaktkraft weiter erhöht werden.
Die übrige Ausgestaltung ist derjenigen aus der ersten Ausführungsform ähnlich und funktioniert auf ähnliche Weise. Auf ihre Beschreibung wird daher verzichtet.
Bei dem in der dritten Ausführungsform verwendeten Grundmaterial (4) können sich auf dieselbe Weise wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform die Breiten des Verstärkungsmaterials (20) und des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) voneinander unterscheiden.
In einer ersten Abwandlung der dritten Ausführungsform, die in 17 gezeigt wird, ist dementsprechend das Grundmaterial (4) dadurch ausgebildet, dass die Blätter (2B, 2B) mit Faseröffnung, die breiter sind als der streifenförmig ausgedehnte Graphit (3), jeweils auf die beiden Flächen des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) aufgelegt werden.
In einer zweiten Abwandlung der dritten Ausführungsform, die in 18 gezeigt wird, ist das Grundmaterial (4) dadurch ausgebildet, dass die Blätter (2B, 2B) mit Faseröffnung, die weniger breit sind als der streifenförmig ausgedehnte Graphit (3), jeweils auf die beiden Flächen des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) aufgelegt werden.
Erfindungsgemäß ist es selbstverständlich, dass, wenn die Verstärkungsmaterialien (20) auf den beiden Flächen des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) angeordnet werden sollen, jede Kombination von zwei Arten eines Verstärkungsmaterials mit großer Breite, eines Verstärkungsmaterials mit geringer Breite und eines Verstärkungsmaterials mit gleicher Breite verwendet werden kann.
19 ist eine perspektivische Ansicht, die eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stopfbuchsenpackungsmaterials zeigt. Das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) der vierten Ausführungsform ist durch das schnurförmige Material (40) ausgestaltet, das ausgebildet wird, indem das Grundmaterial (4), das auf dieselbe Weise ausgestaltet ist wie bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform, um die Längsrichtung gewickelt wird. Die Carbonfasern (2) sind parallel zu der Längsrichtung des schnurförmigen Materials (40) angeordnet. Die übrige Ausgestaltung ist derjenigen aus der dritten Ausführungsform ähnlich und funktioniert auf ähnliche Weise. Auf ihre Beschreibung wird daher verzichtet.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen werden als Fasermaterial Carbonfasern verwendet. Alternativ können erfindungsgemäß auch andere spröde Fasern sowie zähe Fasern verwendet werden. Beispiele für solche spröden Fasern sind Glasfasern wie z.B. E-Glas, T-Glas, C-Glas und S-Glas, Silikafasern und Keramikfasern wie z.B. Aluminiumoxid und Aluminiumoxid-Silika. Beispiele für die zähen Fasern sind Metallfasern wie z.B. rostfreier Stahl, Aramidfasern und PBO-Fasern.
In den Ausführungsformen wird ein Blatt mit Faseröffnung als blattförmiges Verstärkungsmaterial verwendet, das durch ein Fasermaterial ausgestaltet ist. Alternativ kann das Verstärkungsmaterial, das durch ein Fasermaterial ausgestaltet ist, welches in der Erfindung nutzbringend ist, mit anderen Mitteln zu einer blattförmigen Gestalt ausgebildet werden.
Als Nächstes wird die erfindungsgemäße Stopfbuchsenpackung beschrieben, die mit dem Stopfbuchsenpackungsmaterial hergestellt wird.
20 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stopfbuchsenpackung zeigt.
Die schnurförmige Stopfbuchsenpackung (8) wird hergestellt, indem eine Vielzahl der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Stopfbuchsenpackungsmaterialien (1) präpariert wird und diese Stopfbuchsenpackungsmaterialien (1) mit einer Spinnmaschine gebündelt und gesponnen werden. Beispielsweise wird die in 20 gezeigte Stopfbuchsenpackung (8) hergestellt, indem ein achtsträngiges, rechtwinkliges Wirkverfahren mit acht Stopfbuchsenpackungsmaterialien (1) durchgeführt wird.
Die schnurförmige Stopfbuchsenpackung (8) wird unter Verwendung einer Vielzahl der oben beschriebenen Stopfbuchsenpackungsmaterialien (1) hergestellt. Eigenschaften, die bei der Abdichtung bevorzugt und für eine Packung erforderlich sind, wie z.B. die Wärmebeständigkeit, die Kompressibilität und die Rückverformungseigenschaft, werden durch das streifenförmig ausgedehnte Graphit bereitgestellt. Außerdem wird das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) durch das Verstärkungsmaterial (20) mit hoher Formbeständigkeit versehen und zeichnet sich durch hohe Produktivität aus, so dass es wirtschaftlich hergestellt werden kann. Die schnurförmige Stopfbuchsenpackung (8), die unter Verwendung einer Vielzahl der Stopfbuchsenpackungsmaterialien (1) gesponnen ist, hat daher ausgezeichnete Formbeständigkeit und Dichtungseigenschaften, kann ein Wellendichtungsteil einer Fluidvorrichtung zufriedenstellend abdichten und kann wirtschaftlich hergestellt werden.
Außerdem ist bei dem Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) die verwendete Menge des Klebemittels gleich null oder eine sehr kleine Menge. Auch wenn die Stopfbuchsenpackung (8) unter Bedingungen mit hoher Temperatur verwendet wird, kann daher eine Verringerung der Dichtungseigenschaft durch Verbrennen des Klebemittels unterdrückt werden. Ebenfalls aus diesem Grund weist die Stopfbuchsenpackung eine ausgezeichnete Dichtungseigenschaft auf.
In dem Fall, dass, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform, das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) ein aus Carbonfasern ausgestaltetes Verstärkungsmaterial oder ein solches verwendet, das durch andere spröde Fasern ausgestaltet ist, ist nicht zu befürchten, dass die Stopfbuchsenpackung (8) einen großen Kratzer auf einem Gegenelement ausbildet, und der Gleitwiderstand ist so niedrig, dass die Rotationsleistung oder axiale Gleitleistung des Gegenelement verbessert werden kann und eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit erzielt werden kann.
In dem Fall, dass das schnurförmige Material (40) durch Verseilen des Grundmaterials (4) ausgebildet wird, liegen die gebogenen Bereiche (2a) der Fasern regellos von der Oberfläche des Stopfbuchsenpackungsmaterials (1) frei. Bei der Stopfbuchsenpackung (8), die mit dem Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) hergestellt ist, verwickeln sich daher die gebogenen Bereiche (2a) beim Spinnen miteinander, um einen relativen Schlupf des Stopfbuchsenpackungsmaterials (1) zu unterdrücken. Infolgedessen kann die Formbeständigkeitseigenschaft der Stopfbuchsenpackung (8) verbessert werden, und die Druckkontaktkraft kann erhöht werden, so dass die Dichtungseigenschaft verbessert werden kann.
In dem Fall, dass das schnurförmige Material (40) durch Wickeln des Grundmaterials (4) ausgebildet wird, liegen die gebogenen Bereiche (2a) nicht von der Oberfläche des Stopfbuchsenpackungsmaterials (1) frei, sondern gebogene Bereiche werden in Carbonfasern oder spröden Fasern beim Spinnen ausgebildet. Diese gebogenen Bereiche liegen von der Oberfläche des Stopfbuchsenpackungsmaterials (1) frei. Infolgedessen sind die gebogenen Bereiche (2a) miteinander verwickelt, um einen relativen Schlupf des Stopfbuchsenpackungsmaterials (1) zu unterdrücken. Daher kann die Formbeständigkeitseigenschaft der Stopfbuchsenpackung (8) verbessert werden, und die Druckkontaktkraft kann erhöht werden, so dass die Dichtungseigenschaft verbessert werden kann.
In dem Fall, dass das Stopfbuchsenpackungsmaterial (1) ein Verstärkungsmaterial verwendet, das durch zähe Fasern wie z.B. Metallfasern ausgestaltet ist, weisen solche zähen Fasern hohe Biegsamkeit auf, und das Material eignet sich daher nicht nur für die Herstellung der Stopfbuchsenpackung (8) mit großem Durchmesser, sondern auch für diejenige der Stopfbuchsenpackung (8) mit kleinem Durchmesser, und kann die Haltbarkeit erhöhen.
21 ist eine perspektivische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stopfbuchsenpackung zeigt.
In der Ausführungsform wird die schnurförmige Stopfbuchsenpackung (8) anstelle des Spinnens von Stopfbuchsenpackungsmaterialien (1) durch Bündeln und Verdrillen einer Vielzahl von Stopfbuchsenpackungsmaterialien (1) hergestellt. Beispielsweise wird die in 21 gezeigte Stopfbuchsenpackung (8) dadurch hergestellt, dass ein Walzformverfahren während des Bündelns durchgeführt wird und ein Verdrillungsverfahren mit sechs Stopfbuchsenpackungsmaterialien (1) angewendet wird.
Die Stopfbuchsenpackung (8) der Ausführungsform funktioniert und erzielt Wirkungen in ähnlicher Weise wie die Ausführungsform, bei der die Stopfbuchsenpackungsmaterialien (1) gesponnen werden. Auf ihre Beschreibung wird daher verzichtet.

Claims

Ein Stopfbuchsendichtungsmaterial, wobei das Stopfbuchsendichtungsmaterial durch ein schnurförmiges Material (40) gebildet wird, welches durch Verseilen eines streifenförmigen Grundmaterials (4) oder Wickeln eines streifenförmigen Grundmaterials (4) um eine Längsrichtung oder Wickeln eines streifenförmigen Grundmaterials (4) um eine Längsrichtung mit anschließendem Verseilen des Grundmaterials gebildet wird; das Grundmaterial (4) umfasst: ein blattförmiges Verstärkungsmaterial (20), welches durch ein Fasermaterial (2) gebildet wird, und streifenförmig ausgedehnten Graphit (3), das Verstärkungsmaterial (20) ist wenigstens auf einer Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) angeordnet, ein Bereich des Verstärkungsmaterials (20) ist außerhalb des schnurförmigen Materials (40) angeordnet und ein verbleibender Bereich ist in dem schnurförmigen Material (40) eingebunden, eine Vielzahl von Öffnungen (20A) sind in dem Verstärkungsmaterial (20) gebildet und der streifenförmig ausgedehnte Graphit (3) liegt gegenüber den Öffnungen (20A), dadurch gekennzeichnet, dass das Fasermaterial (2) zu einer blattförmigen Form gebildet ist, welche durch ein für Fasern geöffnetes Blatt (2B) gebildet wird, in welchem multifilamente Fäden geöffnet sind, und der ausgedehnte Graphit (3) mit den Öffnungen (20A) in der Art verbunden ist, dass die Verbindungskraft zwischen dem streifenförmig ausgedehnten Graphit (3) und dem Verstärkungsmaterial (20) erhöht wird.
Ein Stopfbuchsendichtungsmaterial gemäß Anspruch 1, wobei eine gesamte Außenseite des schnurförmigen Materials (40) mit dem Bereich des Verstärkungsmaterials (20) bedeckt ist.
Ein Stopfbuchsendichtungsmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei gebogene Bereiche (2a) in dem Fasermaterial (2) gebildet sind und die gebogenen Bereiche (2a) von einer Oberfläche des schnurförmigen Materials (40) freiliegen.
Ein Stopfbuchsendichtungsmaterial gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verstärkungsmaterial (20) nur auf einer Fläche des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) angeordnet ist.
Ein Stopfbuchsendichtungsmaterial gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verstärkungsmaterial (20) auf beiden Flächen des streifenförmig ausgedehnten Graphits (3) angeordnet ist.
Ein Stopfbuchsendichtungsmaterial gemäß Anspruch 1, wobei die Dicke des für Fasern offenen Blattes (2B) zwischen 10 μm und 300 μm festgelegt ist.
Ein Stopfbuchsendichtungsmaterial gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Fasermaterial (2) aus einem oder zwei oder mehreren gebildet ist, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche Carbonfasern und andere spröde Fasern und zähe Fasern umfasst.
Ein Stopfbuchsendichtungsmaterial gemäß Anspruch 7, wobei die spröden Fasern aus einem oder zwei oder mehr ausgebildet sind, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche Glasfasern, Silikafasern und Keramikfasern umfasst.
Ein Stopfbuchsendichtungsmaterial gemäß Anspruch 7, wobei die zähen Fasern durch ein oder zwei oder mehrere gebildet sind, welche aus der Gruppe ausgewählt sind, welche Metallfasern, Aramidfasern und PBO-Fasern umfasst.
Verwendung einer Vielzahl von Stopfbuchsendichtungsmaterialien (1) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer Stopfbuchsendichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Stopfbuchsendichtungsmaterialien gesponnen oder verdrillt sind.