DE69121831T2

DE69121831T2 - Zusammenstellung für eine abdichtende Packung

Info

Publication number: DE69121831T2
Application number: DE69121831T
Authority: DE
Inventors: Sergio Carrara
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-10-23
Filing date: 1991-10-16
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2011-10-17
Also published as: DE482489T1; GR3021598T3; DK0482489T3; EP0482489B1; DE69121831D1; IT9002952A1; ES2090203T3; IT1242251B; ATE142288T1; EP0482489A1; IT9002952A0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbundstoff zur Herstellung von Dichtungen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, der im wesentlichen aus der Kombination von ungebrochenen Stahlfilamenten und ungebrochenen Filamenten aus anderen einzelnen und kombinierten Erzeugnissen besteht, wie beispielsweise Kohlenstoff, reinen Graphit, Polybenzimidazol (PBI), Aramidfasern, Polytetrafluorethylen (PTFE) und dergleichen, die durch einen Reißspinnprozeß miteinander kombiniert und verdrillt sind, der insgesamt einen ungebrochenen gesponnenen Aufbau verursacht, während die einzelnen Filamente in Stücke variierender Länge gerissen werden. Der Aufbau verleiht dem Garn eine hohe Flexibilität, während es aufgrund der Anwesenheit eines hohen Anteils an Stahlfilamenten sehr fest ist. Aktuelle verdrillte Verbundstoffe, die zur Zubereitung von geformten Geflechten verwendet werden, die zur Verwendung bei der Herstellung von Dichtungen geeignet sind, sind bevorzugt durch die Kombination von ungebrochenen Stahlfäden bereitgestellt, die mit einer Kohlenstoffaser beschichtet sind. Die FR-A-2 595 725 offenbart ein Fasermaterial, das der kombinierten Wirkung von sowohl Hitze wie Druck widersteht, und durch eine innige Vermischung von Polybenzimidazolfilamenten und Filamenten aus einer Metallegierung auf der Grundlage von Nickel bestehen. Die Mischung von Filamenten wird durch einen Streck- und gesteuerten Brechspinnprozeß gebrochen. Diese Mischung kann auch Aramidfilamente aufweisen. Die zähesten und am besten geeigneten Produkte, die aktuell bekannt sind, werden mit ungebrochenen Edelstahlfäden erzielt, die einen Durchmesser zwischen 0,08 mm und 0,1 mm aufweisen, und auf welche Kohlenstoffasern gewickelt sind. Die geflochtene Kombination aus den beschichteten Fäden erzeugt zähe Geflechte, die 10% bis 13% Stahl enthalten. Während eine dadurch gebildete Dichtung allgemein eine gute Qualität aufweist, zeigt sie im Einsatz Nachteile und/oder Beschränkungen. Einer der Nachteile basiert auf den ungebrochenen Metallfäden, die aufgrund ihrer natürlichen Steifheit einer übermäßigen Beständigkeit gegenüber einem Schneiden in Querrichtung während der Zubereitung von Stücken entgegensteht, welche die Dichtung ausmachen. Diese Beständigkeit verursacht zusätzlich zu den Schwierigkeiten beim Schneiden, ausgefaserte Schnitte, die für eine akurate Dichtung an den Schneidabschnitten schwierig anzupassen bzw. abzugleichen sind.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Anwesenheit von internen Metallfäden den Geflechten eine unerwünschte Steifheit verleiht.
Weitere Nachteile beruhen auf der Tatsache, daß eine aus den vorstehend genannten Filamenten hergestellte Dichtung lediglich für bestimmte Anwendungen und für andere nicht verwendbar sind, wie beispielsweise für Ventilstössel, Kolben und dergleichen, weil sie aufgrund einer geringen Schmierfähigkeit und Temperaturbeständigkeit einem axialen Gleiten nicht unterworfen werden können. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu überwinden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die vorstehend genannte Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst. Spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 ausgeführt.
Die Filamente aus Stahl oder anderen einzelnen oder kombinierten Materialien sind, wenn sie in durchgehenden Garnen durch einen Reißspinnprozeß miteinander verdrillt werden, sehr klein, in der Größenordnung von wenigen µm, und bilden sehr flexible Zusammenbauten, die leicht ohne Ausfasern geschnitten werden können; diese Kombinationen aus Stahlfilamenten und Filamenten aus unterschiedlichen Fasern, kombiniert und einzeln, wie beispielsweise Kohlenstoff-, reine Graphit-, Aramidfasern und dergleichen, können in Geflechten gemischt werden und bilden Verbundstoffe zur Bildung sehr zäher flexibler Dichtungen, die leicht geschnitten werden können und selbstschmierend sind.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung beruhen im wesentlichen auf der Tatsache, daß die bereitgestellten Dichtungen akurate Schnitte aufweisen, die leicht angepaßt werden können, sehr flexibel und leicht an die Sitze anpaßbar sind, die sie enthalten; sie können selbstschmierende Erzeugnisse enthalten; sie sind für Ventilstössel, Pumpenkolben und dergleichen sowie für jegliche Gleitanwendung geeignet.
Ein weiterer Vorteil der mit Kombinationen aus Kohlenstoff- und Edelstahlfasern versehenen Gegenstände besteht darin, daß die Kohlenstoffpartikel in der Lage sind, die Stahlfilamente vor hohen Temperaturen besser zu schützen. Dieser Schutz, der das Ergebnis einer hohen Verfügbarkeit des Geflechts zwischen den Stahlpartikeln und den Kohlenstoffpartikeln aufgrund der Natur der Filamente kleinen Durchmessers ist, kann eine Verbesserung von durchaus 50% gegenüber herkömmlichen Dichtungen erreichen. Zusätzlich erlauben diese Aufbauten eine Erhöhung der Druckbeständigkeit von 30 bis 40%.

Die Erfindung wird nachfolgend in Bezug auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine stark vergrößerte schematische Ansicht des Grundaufbaus einer Kombination aus Edelstahlfilamentgarnen und Garnen aus einem oder mehreren anderen Materialien, wie beispielsweise Kohlenstoff, Graphit und/oder dergleichen, und
Fig. 2 ein Dichtungsteil, das aus dem Verflechten einer Mehrzahl von Garnen besteht, die aus der Kombination der vorstehend genannten Filamente hergestellt sind, die durch einen Reißspinnprozeß verdrillt sind.
Die Figuren zeigen einen Verbundstoff zur Herstellung von Dichtungen, die im wesentlichen durch miteinander Verdrillen einer Mehrzahl von Edelstahlfilamenten 1 und Filamenten aus anderen Materialien, einzeln oder kombiniert, wie beispielsweise Kohlenstoff 2, gebildet sind, die durch einen Reißspinnprozeß miteinander versponnen sind. Genauer gesagt besteht dieser Prozeß aus dem Verdrillen durch Zusammenspinnen der Filamente der Komponenten, wobei gleichzeitig ein diskontiniuerlicher Zug einer Höhe verursacht wird, die ausreicht, um zu jeder Zeit das unregelmäßige Reißen eines Teils von ihnen zu erzeugen, ohne daß sie von den anderen Bindefilamenten des verdrillten Zusammenbaus getrennt oder abgezogen werden. Obwohl die derart gewonnenen komplettierten Garne (3) einen spezifischen Aufbau zeigen, der im wesentlichen aus Längen von Filamenten variabler sowie zufälliger Länge besteht, die miteinander versponnen und verdrillt sind, und obwohl sie den vorausgewählten Prozentsatz der gepaarten Filamentsubstanzen gleichmäßig halten, sind sie extrem stark, flexibel und leicht miteinander zu flechten, um Dichtungen 4 zu bilden.
Mittels eines bevorzugten, jedoch nicht beschränkenden Beispiels führt eine Kombination aus 20% bis 25% von Edelstahlfilamenten und 80% bis 75% Kohlenstoff- oder reinen Graphitfilamenten mit einem Durchmesser von 4 bis 8 µm zu Garnen, die dann, wenn sie zu Dichtungen geflochten werden, eine Flexibilität bzw. Biegsamkeit, Anpaßbarkeit bzw. Anschmiegbarkeit und Prädisposition zum sauberen Schneiden, ohne stärker auszufasern, aufweisen, als aktuelle Dichtungen, die lediglich mit 10% bis 13% ungebrochenen Stahlfäden erzielt werden, die mit Kohlenstoffasern beschichtet sind.
Diese Ergebnisse werden deshalb erreicht, weil zusätzlich zum Aufbau der Garne, der durch Reißspinnen erzielt wird, die Ausgangsfilamente aus Edelstahl und Kohlenstoff, reinem Graphit, Kunststoffasern allgemein und dergleichen Abmessungseigenschaften aufweisen, die auf wenige µm bezüglich des Durchmessers begrenzt sind, beispielsweise auf 4 bis 8 µm oder mehr, abhängig von den erwarteten Erfordernissen, wodurch sie eine natürliche Flexibilität und eine deutlich größere Brauchbarkeit für sauberes Schneiden erhalten. Wie vorstehend erläutert, ist der Verbundstoff, der Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, durch Kombinieren der gebrochenen Stahlfilamente 1 selbst mit gebrochenen Filamenten oder anderen Materialien 2, und insbesondere und bevorzugt mit voroxidierten Filamenten oder Polyacrylnitril (PAN) filamenten erzielbar, die in sauerstoffreien Temperaturen verarbeitet werden, um eine Carbonisierung oder Voroxidation zu erzielen, oder mit synthetischen Filamenten, wie beispielsweise solchen, die aus Aramidfasern hergestellt werden, aus Polytetrafluorethylen (PTFE) fasern oder aus Polybenzimidazol (PBI) fasern und dergleichen Fasern.
Zusätzlich zu einer größeren Beständigkeit aufgrund des höheren Stahlanteils in den im Verbundstoff vorhandenen Filamenten werden eine hervorragende Elastizität, Selbstschmierung, Temperaturbeständigkeit, Druck- und Dreh- oder Abriebreibungswiderstandsfähigkeit, abhängig von den spezifischen Eigenschaften der verdrillten Filamente, erzielt, die mit den Stahlfilamenten kombiniert sind. Die Garne 3, die durch den erläuterten Reißspinnprozeß erzielt werden, werden, bevor sie zur Bildung von Geflechten 4 verwendet werden, bevorzugt, jedoch nicht in beschränkter Weise vorbehandelt, beispielsweise in Umgebungen mit Graphitdispersion oder in Anwesenheit von Korrosionshemmstoffen oder sogar durch Eintauchen in oder Spritzen von wäßrigen Lösungen von metallischen Zink- oder Wolframpulvern, gefolgt von Trocknen in einem Ofen.
Diese Behandlungen haben die Funktion, die bereits hohe Qualität der Ausgangsfilamente zu erhöhen und ihren Oberflächenschutz und ihre antioxidierenden und selbstschmierenden Eigenschaften zu verbessern.
Im Vergleich zu den aktuellen Erzeugnissen handelt es sich bei den vorwiegenden Eigenschaften der Dichtung 4, die durch Verflechten von Garnen 3 gebildet werden, die durch Rießspinnen von Stahlfilamenten 1 und Filamenten aus anderen geeigneten Materialien 2 in dem Zusammenbau erzielt werden, um
a) die bessere allgemeine Flexibilität,
b) die größere Schneidbarkeit ohne ausgefaserte Restpartikel,
c) Stahlpartikel kleinerer Größe, die mit denjenigen anderer Materialien, wie beispielsweise selbstschmierenden Materialien, besser amalgamiert oder verflochten sind,
d) die größere Einsatzmöglichkeit selbst bei Gleitanwendungen mit einer hin- und hergehenden Bewegung, wie beispielsweise die Bewegungen von Ventilstösseln oder Pumpenkolben, und bei einer Drehbewegung, wie beispielsweise bei Zentrifugalpumpen usw.,
e) die Erhöhung der Beständigkeit gegen hohe Temperaturen aufgrund des möglichen Schutzes der Stahlteile mit den gebundenen Teilen, z.B. denjenigen aus Kohlenstoff und/oder reinem Graphit, und
f) die Erhöhung der Beständigkeit gegenüber hohen Betriebsdrücken aufgrund einer besseren Einheitsverteilung der kombinierten Materialien und dadurch die Erhöhung ihres mittleren spezifischen Drucks.

Claims

1. Verbundstoff zur Herstellung von Dichtungen mit Fäden, die aus ungebrochenen Stahlfilamenten (1) und ungebrochenen Filamenten aus anderen Materialien (2) bestehen, die durch einen diskontinuierlichen Reißspinnprozeß miteinander kombiniert und verdrillt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente (2) aus den anderen Materialien Kohlenstoff oder reine Graphitfilamente sind.

2. Verbundstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlfilamente (1) und die Kohlenstoff- oder reinen Graphitfilamente (2) einen Durchmesser im Bereich von 4 bis 8 µm oder mehr aufweisen.

3. Verbundstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden zu 20 bis 25% aus Stahlfilamenten (1) und zu 80 bis 75% aus Kohlenstoff- oder reinen Graphitfilamenten (2) mit einem Durchmesser von 4 bis 8 µm bestehen.

4. Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden aus ungebrochenen Stahlfilamenten (1) und aus ungebrochenen Kohlenstoff- oder reinen Graphitfilamenten (2) verdrillt und gleichzeitig einem diskontinuierlichen Zug einer Höhe ausgesetzt werden, der ausreicht, um ein unregelmäßiges Reißen von einem oder mehreren Filamenten (1, 2) jedesmal zu verursachen.

5. Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (3), die verdrillt und einem diskontinuierlichen Reißspinnprozeß ausgesetzt sind, einen spezifischen Aufbau aufweisen, der aus Filamentlängen variabler sowie zufälliger Länge besteht, wobei der Aufbau durchgängig ohne Ausfaserung der einzelnen Längen im Vergleich zu bindenden ist.

6. Verbundstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Flexibilität der Fäden (3), die verdrillt und einem diskontinuierlichen Reißspinnprozeß ausgesetzt sind, von der verdrillten Kombination der Längen der Stahlfilamente (1) und der Kohlenstoff- oder Graphitfilamente (2) abhängt, und von der Zufälligkeit ihrer Länge und Position und ihrem Durchmesser.

7. Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoff- oder reinen Graphitfilamente (2) durch Oxidations- und Carbonisierungs- oder Graphitisierungsbehandlungen von Polyacrylnitrilfilamenten erzeugt sind.

8. Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (3), die verdrillt und dem diskontinuierlichen Reißspinnprozeß ausgesetzt sind, mit einer Dispersion aus Graphit oder mit Korrosionshemmstoffen behandelt sind.

9. Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (3), die verdrillt und dem diskontinuierlichen Reißspinnprozeß ausgesetzt sind, in wäßrige Lösungen aus metallischen Zink- oder Wolframpulvern eingetaucht oder mit diesen bespritzt und daraufhin ofengetrocknet werden.

10. Verbundstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (3), die verdrillt und dem diskontinuierlichen Reißspinnprozeß ausgesetzt sind, miteinander verflochten sind, um Dichtungen (4) zu bilden.