DE69422792T2

DE69422792T2 - Dichtungsringe, deren Herstellungsverfahren und Dichtungsvorrichtungen mit solchen Ringen.

Info

Publication number: DE69422792T2
Application number: DE69422792T
Authority: DE
Inventors: Masaru Fujiwara; Shosuke Naito; Kazumasa Naitou; Takahisa Ueda
Original assignee: Kitz Corp; Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Kitz Corp; Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 1994-01-31
Filing date: 1994-06-08
Publication date: 2000-06-21
Anticipated expiration: 2014-06-09
Also published as: CN1039255C; US5522603A; JPH07217745A; CA2125552C; AU676294B2; ES2142377T3; CA2125552A1; TW274117B; KR950033202A; CN1120139A; EP0665393A1; AU6463894A; NZ260702A; DE69422792D1; US5573253A; KR100222376B1; EP0665393B1; JP2769523B2

Description

Diese Erfindung bezieht sich insbesondere auf Packungsringe, aber auch auf ein Verfahren zur Herstellung der Packungsringe ebenso wie auf Dichtungsvorrichtungen, bei denen die Packungsringe verwendet sind.
Packungsringe lassen sich als Dichtungselemente extensiv bei solchen Bauteilen einsetzen, wo sie hauptsächlich bei Dreh- oder gegenseitiger Verschiebungsbewegung zur Anlage kommen, ebenso aber auch bei stationären Teilen. Z. B. können sie in einer Dichtungsvorrichtung eingesetzt sein, wo sie zwischen dem Körper oder dem Deckel und den Schaft eines Ventils eingesetzt sind oder in einer Dichtungsvorrichtung für Vorrichtungen zur Handhabung von Fluiden, und ebenso können sie in ein Dichtungsteil eines Pumpenschaftes oder ähnliches aufgenommen sein. Beispiele für die Fluide, bei denen die Packungsringe wirkungsvoll eingesetzt werden können, umfassen Gase, Flüssigkeiten und lose Festkörper. Insbesondere in den letzten Jahren hat die freie Emission von Fluiden aus Vorrichtungen zur Handhabung von Fluiden sich als ernsthaftes Problem herausgestellt, und zwar unter dem Gesichtspunkt, die Umwelt der Erde zu schützen. Aus diesem Blickwinkel besteht ein großer Bedarf zur Entwicklung von Packungsringen, welche sich durch Beständigkeit gegen Hitze und chemische Widerstandsfähigkeit ebenso wie durch gute Dichtungseigenschaften auszeichnen.
Die Packungsringe sind allgemein in zwei Arten bekannt.
Diejenigen von einem Typ werden dadurch produziert, daß von einem Flachmaterial aus ausgebreitetem Graphit ein Band geschnitten wird, das Band in eine spiralenförmige Rolle gewickelt wird, und die Rolle ringförmig in einer Form druckgeformt wird, und diejenigen des anderen Typs werden dadurch produziert, daß eine Anzahl von Flächen eines Flachmaterials aus ausgebreitetem Graphit laminiert und einen Ring mit bestimmten Dimensionen aus dem Laminat, daß daraus entsteht, ausgestanzt wird.
Die Packungsringe dieser beiden Typen werden in einen Hohlraum eingelegt, der darauf eingerichtet ist, sie aufzunehmen, und darin vor der Benutzung zusammengedrückt.
Weil die Packungsringe des ersten Typs sich leicht nach lateral deformieren, nämlich unter der Kompressionskraft in radialer Richtung, nimmt deren Kontaktkraft mit einem aufnehmenden Gehäuse oder einer Welle zu, und demzufolge bewirken sie eine hinreichende Dichtungsfunktion, selbst wenn das aufnehmende Gehäuse oder die Welle nicht genau dimensioniert ist. Diese zufriedenstellende Dichtungsfunktion nimmt aber dann ab, wenn Zeit verstreicht, weil die Packungsringe ohne weiteres durch Spalten herausdrängen, wie sie zum Beispiel zwischen der unteren Fläche des aufnehmenden Gehäuses und der Welle, zwischen der Stopfbuchse und der Welle sowie zwischen der Stopfbuchse und dem Hohlraum des aufnehmenden Gehäuses auftreten, und demzufolge bringen sie einen Verlust der Anpreßkraft mit sich.
Weil außerdem die Festigkeit der Adhäsion zwischen den Schichten des gewickelten Flachmaterials, welches die Packungsringe gebildet, durch die Kompressionskraft, welche auf die Packungsrinne ausgeübt wird, reduziert ist und nicht vergrößert, wird es wahrscheinlich, daß das Fluid, gegen welches abgedichtet werden soll, in axialer Richtung durch die Packungsrinne dringt. Außerdem sind die Oberflächen der Packungsringe, die mit der unteren Fläche des aufnehmenden Gehäuses oder der Dichtungsfläche der Stopfbuchse in Kontakt stehen, aus der Endfläche des Flachmaterials gebildet, welches die Packungsringe formt. Die Packungsringe leiden daher an nur geringem Halt an den fraglichen Flächen und neigen dazu, feucht zu werden, und die Flächen selbst neigen zu Verletzungen und erfordern sorgfältige Handhabung.
Außerdem erreichen in dem Fall der Packungsringe des zweiten Typs diese Packungsrinne keine sehr große Kontaktkraft mit dem aufnehmenden Gehäuse oder der Welle, weil das Verhältnis, um welches die Packungsringe lateral verformt werden, nämlich in radialer Richtung, unter der Kompressionskraft sehr gering ist. Wenn es dem aufnehmenden Gehäuse oder der Welle an Genauigkeit der Herstellung oder an Dimensionierungsgenauigkeit mangelt, ergibt sich daraus, daß die Packungsrinne Leckage des Fliuds zur Folge haben, und zwar wegen ihrer geringen Festigkeit der Adhäsion. Glücklicherweise verhindern diese Packungsringe den Durchlaß des Fluids in der axialen Richtung unter Kompressionskraft, haben einen zufriedenstellend festen Halt an Adhäsion zu der unteren Fläche des aufnehmenden Gehäuses oder zu der Dichtungsfläche der Stopfbuchse und gestatten nicht ohne weiteres Leckage des Fluids durch die Schnittstellen. Außerdem drängen diese Packungsringe nur selten durch den Hohlraum zur Aufnahme der Packungsringe hervor, nämlich durch den Spalt zwischen dem unteren Teil des aufnehmenden Gehäuses und der Welle, dem Spalt zwischen der Stopfbuchse und der Welle und dem Spalt zwischen der Stopfbuchse und dem aufnehmenden Gehäuse. Die Möglichkeit, daß die Packungsringe soweit heraus drängen, daß sich die Kompressionskraft vermindert und dadurch die Dichtungsfunktion vermindert wird, ist gering.
Diese Packungsringe haben aber den Nachteil, daß es leicht zu vertikaler Trennung zwischen den Schichten des laminierten Flachmaterials kommen kann, sie leicht Verletzungen ausgesetzt sind, sie sorgfältige Handhabung erfordern und sie einen hohen Zeit- und Arbeitsaufwand für die Wartung benötigen. Fig. 18 ist ein teilweise längs geschnittener Querschnitt, der eine Dichtungsvorrichtung darstellt, welche im japanischen Gebrauchsmuster mit der Veröffentlichungsnummer 1-29315 offenbart ist und die zu dem Zweck vorgeschlagen wurde, Packungsringe aus ausgebreitetem Graphit zu verwenden, welche mittels der zwei oben beschriebenen Verfahren hergestellt sind, wodurch deren Nachteile eliminiert und deren Vorteile versammelt würden.
In Fig. 18 stehen die Bezugsziffern 21 bis 25 für Packungsringe aus ausgebreitetem Graphit, insbesondere die Ziffern 21 und 25 stehen jeweils für einen Packungsring, der mittels des zweiten der zwei Verfahren hergestellt ist, und die Ziffern 22, 23 und 24 stehen jeweils für einen Packungsring, der durch das erste Verfahren hergestellt ist, außerdem steht Ziffer 26 für ein aufnehmendes Gehäuse, Ziffer 27 für eine Achse und Ziffer 28 für eine Stopfbuchse.
Wie in Fig. 18 dargestellt, werden die Packungsringe 21 bis 25 durch die Stopfbuchse 28 in dem aufnehmenden Gehäuse 26 zusammengedrückt.
Daraus ergibt sich, daß die Packungsringe 22, 23 und 24, die durch das erste Verfahren hergestellt sind, sich in radialer Richtung verformen und so in engem Kontakt mit dem aufnehmenden Gehäuse 26 und der Achse 27 geraten und die sonst mögliche Leckage des Fluids an den Schnittstellen des Kontaktes verhindern.
Die Packungsringe 21 und 24 vermeiden dabei jegliche Leckage des Fluids, welches durch die Packungsrinne 22, 23 und 24 in axialer Richtung hindurch gedrungen sein kann. Außerdem verhindern die Packungsringe 21 und 25 Leckage des Fliuds, das durch die Schnittstellen mit den Packungsringen 22 oder 24, einer unteren Fläche 26 a (Grundfläche) und einer Dichtungsfläche 28a geflossen sein können. Weil die Packungsringe 21 und 25 in einer Richtung überlagert sind, welche rechtwinklig zu einem Spalt A zwischen dem unteren Teil des aufnehmenden Gehäuses 26 und der Achse 27, einem Spalt B zwischen der Stopfbuchse 28 und der Achse 27 und einem Spalt C zwischen der Stopfbuchse 28 und dem aufnehmenden Gehäuse 26 sind, kommt ein nach außen Drängen selten vor.
Selbst bei einer Dichtungsvorrichtung, die so aufgebaut ist, wie in Fig. 18, neigen die Packungsringe 21 bis 25 zu Verletzungen und erfordern sorgfältige Handhabung. Insbesondere die Packungsringe 21 und 25 trennen sich ohne weiteres in vertikaler Richtung von den dazwischen liegenden Packungsringen 22 bis 24, so daß die Wartung schwierig wird. Obwohl zwar durch die zuvor genannten Spalten A, B und C nur gering, bleibt das nach außen Drängen nichts desto weniger ein Problem. Außerdem besteht ein Nachteil dieser Dichtungsvorrichtung darin, Leckage von Gas mit niedrigerem Molekulargewicht oder von Lösungsmittel nur ungenügend zu vermeiden.
Nach der vorliegenden Erfindung ist folgendes vorgesehen: ein Packungsring gekennzeichnet dadurch, daß er folgendes aufweist:
eine Packung, welche durch spiralförmiges Winden von einem Band aus ausgebreitetem Graphit zu einer Rolle und Druckformen der Rolle erzeugt ist; und eine ringförmige Masse von überlagernden Lagen aus ausgebreitetem Graphit, welche in der Packung durch Druckverformung inkorporiert sind, und so eine Verbundstruktur entstehen läßt mit mindestens einem gepackten Teil mit vergrößerter Dichte in mindestens einem von einem inneren Umfangsteil und einem äußeren Umfangsteil der Packung;
ein Verfahren zur Herstellung eines Packungsrings, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte aufweist: Spiralförmiges Winden eines Bandes aus ausgebreitetem Graphit zu einer Rolle; Druckformen der Rolle zu einer Packung; Anordnen einer ringförmigen Masse von überlagernden Lagen aus ausgebreitetem Graphit in einer Position in oder gegen die Packung; und Druckformen in einem Formgesenk, um so eine Verbundstruktur entstehen zu lassen mit mindestens einem gepackten Teil von größerer Dichte in mindestens einem von einem inneren Umfangsteil und einem äußeren Umfangsteil der Packung; und
eine Dichtungsvorrichtung die einen Hohlraum aufweist, durch den eine Welle hindurchgeht, und die mindestens einen Packungsring in zusammengedrücktem Zustand in dem Hohlraum enthält, um so zwischen einer inneren Wand des Hohlraums und einer äußeren Umfangsoberfläche der Welle abzudichten, wobei mindestens ein Packungsring dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine Packung aufweist, welche durch spiralförmiges Winden von einem Band aus ausgebreitetem Graphit zu einer Rolle und Druckformen der Rolle erhalten ist; und eine ringförmige Masse von überlagernden Lagen aus ausgebreitetem Graphit, welche in der Packung durch Druckverformung inkorporiert sind, um so eine Verbundstruktur entstehen zu lassen mit mindestens einem gepackten Teil mit vergrößerter Dichte in mindestens einem von einem inneren Umfangsteil und einem äußeren Umfangsteil der Packung.
Fig. 1 bis 10 sind halbierte räumliche Ansichten, welche verschiedene Beispiele von Packungsringen nach der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 11 bis 14 sind geschnittene schematische Ansichten der Packungsringe, die jeweils in Fig. 1 bis 4 dargestellt sind;
Fig. 15 ist eine teilweise geschnittene Ansicht, welche ein Beispiel einer Dichtungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 16 ist eine teilweise geschnittene Ansicht, welche ein weiteres Beispiel einer Dichtungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 17 ist ein Diagramm, welches die Ergebnisse eines Vergleichstestes zwischen den Dichtungsvorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung und den Dichtungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik wiedergeben; und
Fig. 18 ist eine teilweise geschnittene Darstellung, welche ein Beispiel einer Dichtungsvorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt.
In jeder der Fig. 1 bis 14 bezeichnet die Bezugsziffer 2 einen Packungsring - obwohl es sich bei dem Packungsring 2 um einen Endlosring handelt, kann es sich auch um eine schnurartige Packung handeln, die so eingerichtet ist, daß sie sich in der Gestalt eines Ringes in einen Hohlraum, der zur Aufnahme eines Packungsringes gedacht ist, einsetzen läßt.
Der Packungsring 2 weist eine Packung 3 auf, die von einem spiralförmig zu einer Rolle gewickelten Band aus ausgebreitetem (flachem) Graphit geformt ist, welches anschließend gesintert wurde, sowie einer ringförmigen Masse 4 aus überlagerten Graphitschichten. Die ringförmige Masse 4 hat einen Innendurchmesser, welcher größer ist, als der Innendurchmesser der Packung 3 und/oder hat einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Packung 3. Die Packungsringe 2b, die in Fig. 1 bis 14 dargestellt sind, sind nichtvariable Verbundstrukturen mit einer oder zwei ringförmigen Massen 4, die in der Packung 3 inkorporiert sind.
In allen Packungsringen 2 erstreckt sich die Packung 3 über entweder eines oder beide der inneren Umfangsteile 4a und äußeren Umfangsteile 4b der ringförmigen Masse 4 aus. Mit anderen Worten ist die Packung 3 bis zu mindestens einem der inneren oder äußeren Umfangsteile 4a oder 4b der ringförmigen Masse 4 ausgedehnt und erzeugt so einen gepackten Teil 10 mit einer Dichte, die größer ist als die der Packung 3. Der gepackte Teil 10 ist in einem Bereich der Packung 3 ausgebildet, die sich aus der Differenz der Durchmesser zwischen der ringförmigen Maße 4 und der Packung 3 ergibt.
Bei allen Packungsringen 2 haben die Packung 3, die durch spiralförmiges Wickeln eines Bandes aus Graphitfläche zu einer Rolle und Sintern der Rolle geformt sind, eine Dichte im Bereich von 0,7 bis 1,9 g/cc, vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 1,5 g/cc (z. B. 1,3 g/cc) und die ringförmigen Massen 4 der überlagerten Graphitflächen haben eine Dichte im Bereich von 0,7 bis 1,9 g/cc, vorzugsweise weniger als die Packung 3.
Die Packungsringe 2 sind unveränderlich hergestellt, und zwar durch spiralförmiges Wickeln eines Bandes einer Graphitfläche zu einer Rolle, Sintern der Rolle zu einer Packung 3 mit einem bestimmten Innendurchmesser und einem bestimmten Außendurchmesser, wobei mindestens eine ringförmige Masse 4 aus überlagerten Flächen aus Graphit mit einem größeren Innendurchmesser als die Packung 3 und/oder mit einem kleineren Außendurchmesser als die Packung 3 an einer bestimmten Position oder bestimmten Positionen in der Packung 3 angeordnet sind, und Sintern des Verbundes, welcher sich daraus ergibt, innerhalb einer Form (nicht dargestellt), um so einen gepackten Teil 10 mit einer Dichte zu erzeugen, die höher ist als die der Packung 3 in einem Bereich der Packung 3, und zwar aufgrund der Differenz der Durchmesser zwischen der ringförmigen Masse 4 und der Packung 3.
Die Packungsringe 2, die in Fig. 1 bis 4 dargestellt sind, haben zwei ringförmige Massen 4 aus überlagerten Flächen aus dem Graphit, von denen jeweils einer in den oberen und unteren Flächen eine Packung 3 inkorporiert ist, die Packungsringe 2, die in Fig. 5 bis 7 dargestellt sind, haben eine derartige Masse 4 inkorporiert in dem bezüglich ihrer Dicke mittleren Teil der Packung 3, und die Packungsringe 2, die in Fig. 8 bis 10 dargestellt sind, haben eine derartige Masse 4 inkorporiert in entweder der oberen Fläche oder der unteren Fläche der Packung 3.
Es ist erwünscht, eine ringförmige Masse 4 aus überlagerten Flächen aus Graphit auf dem inneren Umfangsteil, dem äußeren Umfangsteil oder sowohl auf dem inneren als auch auf dem äußeren Umfangsteil der Packung 3 anzuordnen, welche durch spiralförmiges Wickeln eines Bandes aus flachem Graphit zu einer Rolle und Sintern der Rolle erzeugt ist, um so einen gepackten Teil 10 mit einer höheren Dichte in dem relevanten Bereich herzustellen.
Um auf Einzelheiten einzugehen, hat der Packungsring in Fig. 1 einen Aufbau derart, daß jede der ringförmigen Massen 4 sich zu dem äußeren Umfangsteil der Packung 3 erstreckt, wodurch gepackte Teile 10 mit einer größeren Dichte entstehen als die der Packung 3 in den relevanten Bereichen auf der Seite des inneren Umfangsteils der Packung 3. Der Packungsring, der in Fig. 2 dargestellt ist, hat einen Aufbau derart, daß jede dieser ringförmigen Massen 4 sich bis zu dem inneren Umfangsteil erstreckt, wodurch gepackte Teile 10 mit einer größeren Dichte entstehen als die der Packung 3 in den relevanten Bereichen auf der Seite des äußeren Umfangsteils der Packung 3. Der Packungsring, der in Fig. 3 dargestellt ist, hat einen Aufbau derart, daß eine der ringförmigen Massen 4 sich bis zu dem äußeren Umfangsteil der Packung 3 und die andere ringförmige Masse 4 sich bis zu dem inneren Umfangsteil der Packung 3 erstreckt, wodurch gepackte Teile 10 mit einer größeren Dichte als die Packung 3 in den relevanten Bereichen entstehen, von denen eine sich auf dem inneren Umfangsteil der Packung 3 und der andere auf der Seite des äußeren Umfangsteils der Packung 3 befinden. Der Packungsring, der in Fig. 4 dargestellt ist, hat einen Aufbau derart, daß jede der ringförmigen Massen 4 sich zu Abschnitten unmittelbar vor den inneren und äußeren Umfangsteilen der Packung 3 erstrecken und so gepackte Teile 10 erzeugen mit einer größeren Dichte als die Packung 3 in den relevanten Bereichen auf beiden Seiten der inneren und äußeren Umfangsteile der oberen und unteren Flächen der Packung 3. Diese Konfigurationen der Packungsringe, die in Fig. 1 bis 4 dargestellt sind, werden mit Blick auf Fig. 11 bis 14 jeweils noch besser verständlich.
Der Packungsring, der in Fig. 5 dargestellt ist, hat einen Aufbau derart, daß die Masse 4 sich bis zu dem äußeren Umfangsteil der Packung 3 erstreckt, wodurch ein gepackter Teil 10 mit einer größeren Dichte entsteht als die der Packung 3 in dem relevanten Bereich auf der Seite des inneren Umfangsteils der Packung 3. Der Packungsring 2, der in Fig. 6 dargestellt ist, hat einen Aufbau derart, daß die Masse 4 sich bis zu dem inneren Umfangsteil der Packung 3 erstreckt, wodurch ein gepackter Teil 10 mit einer größeren Dichte entsteht als die der Packung 3 in dem relevanten Bereich auf der Seite des äußeren Umfangsteils der Packung 3. Der Packungsring, der in Fig. 7 dargestellt ist, hat einen Aufbau derart, daß die Masse 4 sich bis unmittelbar kurz vor die inneren und äußeren Umfangsteile der Packung 3 erstreckt, wodurch gepackte Teile 10 mit einer größeren Dichte entstehen als die der Packung 3 in den relevanten Bereichen auf beiden Seiten der inneren und äußeren Umfangsteile der Packung 3.
Jede die obengenannte Maßnahmen bewirkt Vorteile im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Fig. 15 und 16 sind teilweise geschnittene Ansichten, welche Beispiele einer Dichtungsvorrichtung 1 entsprechend dieser Erfindung darstellen.
Bei der Dichtungsvorrichtung 1, die in Fig. 15 dargestellt ist, ist ein Packungsring 2, der in Fig. 2 oder 12 dargestellt ist, zwischen zwei Packungsringen 2, die in Fig. 1 oder 11 dargestellt sind, und die drei überlagerten Packungsringe 2 wiederum zwischen zwei geflochtene Packungsringe 5 gelegt, welche hergestellt sind, indem ein Garn aus Kohlefaser oder ausgebreitetem Graphit geflochten wurde. Die Anzahl derart überlagerter Packungsringe 2 und 5 wird in ein aufnehmendes Gehäuse 8, das heißt einen Hohlraum, eingelegt, der zu deren Aufnahme eingerichtet ist. Bei der Dichtungsvorrichtung 1, die so aufgebaut ist, übernehmen die geflochten Packungsringe 5 die Funktion eines Wischringes.
In der Dichtungsvorrichtung 1, die in Fig. 16 dargestellt ist, sind drei Packungsringe 2, die in Fig. 3 oder 13 dargestellt sind, aufeinander überlagert und zwischen zwei geflochtene Packungsringe 5 gelegt, welche dadurch hergestellt sind, das ein Garn aus ausgedehntem Graphit geflochtenen wurde. Die Anzahl der überlagerten Packungsringe 2 und S wird in ein aufnehmendes Gehäuse 8 eingelegt, das heißt in einen Hohlraum, der für diese Aufnahme eingerichtet ist. In diesem Fall sind die geflochtenen Packungsringe S ebenfalls dazu vorgesehen, als Wischring zu dienen. Die Dichtungsvorrichtung 1, die so aufgebaut ist, erzeugt keine Schwierigkeiten bei der Wartung, weil während der Montage der Dichtungsvorrichtung 1 die Packungsringe 2 mit dem selben Verbundaufbau nicht versehentlich in die Dichtungsvorrichtung 1 inkorporiert werden können.
Die Dichtungsvorrichtung 1, die in Fig. 15 oder 16 dargestellt ist, läßt sich nach Belieben im Wellenflanschteil einer Pumpe (nicht dargestellt) oder dem Dichtungsteil eines Ventils einsetzen. In Fig. 15 und 16 steht die Bezugsziffer 6 für den Stößel des Ventils, Ziffer 7 für das Gehäuse oder die Kappe des Ventils und Ziffer 9 für eine Stopfbuchse.
Es wird nun die Funktion des Ausführungsbeispiels beschrieben.
Wenn der Packungsring 2 gemäß dieser Erfindung, der so aufgebaut ist, wie es in Fig. 1 bis 14 dargestellt ist, in dem aufnehmenden Gehäuse 8 angeordnet ist und dann mit der Stopfbuchse 9 zusammengedrückt wird, wie es in Fig. 15 und 16. dargestellt ist, deformieren sich die Packungen 3 - welche dadurch geformt sind, daß ein Band aus flachem Graphit spiralförmig zu einer Rolle gewickelt und diese Rolle gesintert ist - und zwar in radialer Richtung, und bewirken demzufolge, daß die inneren und äußeren Umfangsteile eine feste Dichtung in einem Spalt bilden zwischen dem Stößel 6 und dem unteren Teil des aufnehmenden Gehäuses 8 erzeugen, und verbinden so die sonst mögliche Leckage durch diesen Spalt 11, und gleichzeitig hindern die ringförmigen Massen 4 der überlagerten Flächen aus ausgebreitetem Graphit die mögliche Fluidleckage in axialer Richtung durch die Schnittstellen zwischen den Schichten der Komponenten der Packungen 3. Auf diese Weise dienen diese Packungsringe 2 als besonders geeignete Dichtungsteile, mit deren Hilfe freie Emission der Fluide, welche in Fluidhandhabungsvorrichtungen gehandhabt werden, vorgebeugt wird.
Der Packungsring 2 in der vorliegenden Erfindung ist eine Verbundkonstruktion, welche dadurch gebildet ist, daß Packungen 3 und Massen 4 integral kombiniert werden, also zwei Teile mit verschiedener Textur. Der geformte Packungsring 2 zeigt nicht nur herausragende Dichtigkeit gegen Leckage, wie oben beschrieben, sondern gestattet außerdem einfache Handhabung und einfache Wartung, welche der Festigkeit des Verbundes der Komponenten zu verdanken ist, so daß nämlich die oberen und unteren Flächen des Packungsrings 2 weder zu Verletzung neigen noch sich vertikal voneinander trennen.
Der Packungsring 2 erhält seine optimale Dichtungseigenschaft, wenn die Dichte der Packung 3 ungefähr 1, 3 g/cc beträgt und die Dichte der ringförmigen Massen 4 sich auf einem Niveau befindet, welches niedriger ist als das der Packung 3, aber größer oder gleich ungefähr 0,7 g/cc. Dadurch deformiert sich der Packungsring 2 nicht und bricht auch nicht im Prozeß des Sinterns, und der produzierte Packungsring 2 läßt sich nur schwer verletzen.
Weiterhin kann die Möglichkeit, daß die Packung 3 durch den Spalt L zwischen dem unteren Teil des aufnehmenden Gehäuses 8 und dem Stößel 6, durch den Spalt M zwischen der Stopfbuchse 9 und dem Stößel 6 sowie den Spalt N zwischen der Stopfbuchse 9 und dem aufnehmenden Gehäuse 8 hindurch drängt, durch die ringförmigen Massen 4 aus überlagerten Flächen aus ausgedehntem Graphit vermieden werden. Übrigens kann dieses Problem des nach außen Dringens in den Beispielen, die in Fig. 15 und 16 dargestellt sind, im wesentlichen vollständig gelöst werden, indem die Packung 5, die dadurch hergestellt ist, daß ein Graphitgarn geflochten wird, in die oberen und unteren Enden des aufnehmenden Gehäuses 8 hineingetrieben wird, das heißt in einen Hohlraum zur Aufnahme von Packungsringen, die nicht vollständig geschlossen sind.
Bei der Herstellung entweder der Packung 3 oder der ringförmigen Massen 4 wird eine Toleranz in der Höhe und dem Durchmesser zwischen den Packungen 3 oder den ringförmigen Massen 4 produziert. Wenn eine ringförmige Masse 4 durch Sintern in einem Packungsring 2 inkorporiert ist, gibt es wegen dieser Toleranz einige Fälle, bei denen ein gepackter Teil 10 der Packung 3 einen Vorsprung aufweist (nicht dargestellt), der sich etwas in axialer Richtung des Packungsringen 2 erstreckt und bei denen die ringförmige Masse 4 eine gewisse Krümmung aufweist (nicht dargestellt). Wenn derartige Packungsringe 2 in dem aufnehmenden Gehäuse 8 eingesetzt und von der Stopfbuchse 9 komprimiert werden, werden der Vorsprung und die Krümmung zusammengedrückt und induzieren Dehnung in radialer Richtung und dadurch einen starken Dichtungseffekt.
Die Dichtungsvorrichtung, die in Fig. 15 oder 16 dargestellt ist und die insgesamt drei überlagerte Packungsringe 2 aufweist, welche aus ausgebreitetem Graphit mit einem relativ geringen Reibungskoeffizienten - verglichen mit dem Stößel 6 - in der Gestalt, die in Fig. 1 und 2b dargestellt ist, oder in der Gestalt, die in Fig. 3 dargestellt ist, und Packungsringe 5, die durch Flechten eines Garns aus ausgedehntem Graphit hergestellt und jeweils an die entgegengesetzten Endteile der überlagerten Packungsringe 2 eingelagert sind, zeigt sich sehr effektiv.
Um den Dichtungseffekt der Dichtungsvorrichtungen nach dieser Erfindung zu bestätigen, wurden drei Proben einer Dichtungsvorrichtung mit Packungsringen, die so angeordnet sind, wie in Fig. 15 oder 16 dargestellt (im Folgenden als "Produkt X" bezeichnet), eine Dichtungsvorrichtung mit herkömmlichen Packungsringen, die so angeordnet sind, wie in Fig. 18 dargestellt (in folgenden als "Produkt Y" bezeichnet) und eine Dichtungsvorrichtung, bei der 5 Packungsringe, die dadurch hergestellt wurden, daß ein Band aus flachem Graphit spiralförmig zu einer Rolle gewickelt und die Rolle gesintert wurde, einfach kombiniert wurden (im folgenden als "Produkt Z" bezeichnet), und zwar auf geeignete Dichtungsspannung, um die tolerierbare Leckage zu bestimmen. Die Spezifikationen der Bedingungen, unter denen der Test durchgeführt wurde, und das Verfahren, welches für den Test verwendet wurde, lauten wie folgt:
Nominale Abmessung jedes der Produkte X Y und Z: 24 mm · 37 mm · 6,5 mm,
Dichtungsspannung: 100 kgf/cm² und sukzessive um 50 kgf /cm² gesteigert,
Gedichtetes Fluid: Helium-Gas mit einem Druck von 52, 7 kgf /cm²,
Temperatur: Raumtemperatur (23ºC +/- 1ºC),
Leckage-Messungsapparat: ein Helium-Gasleckage-Detektor.
Konzentration von tolerierbarer Leckage des Helium-Gases: 18 ppm (nicht mehr als 0,001 cc/min in Bezug auf die Menge des leckenden Helium-Gases).
Verfahren: nachdem die Dichtungsspannung der Stopfbuchse auf 100 kgf/cm² eingestellt wurde, wurde ein Ventil mit Helium-Gas belastet und 10 Minuten nach der Belastung die Menge des geleckten Helium-Gases gemessen. Dieses wurde wiederholt, nachdem die Dichtungsspannung bei jeder Prozedur um 50 kgf /cm² erhöht wurde.
Die Ergebnisse dieses Tests sind in den charakteristischen Kurven in Fig. 17 dargestellt, welche die Ergebnisse des Testes von geeigneter Dichtungsspannung anzeigen. Es läßt sich an dem charakteristischen Diagramm in Fig. 17 deutlich erkennen, daß die geeignete Dichtungsspannung von Produkt X nach dieser Erfindung bei der tolerierbaren Leckage nur 170 kgf /cm² beträgt. Demgegenüber versagten Produkt Y und Produkt Z, die tolerierbare Leckage zu erreichen. Die Zahlen, die entlang der vertikalen Achse von Fig. 17 dargestellt sind, repräsentieren Leckagekonzentrationen (in ppm), die aus den Beträgen der Leckage durch das Aspirationsverfahren reduziert wurden.
Wie oben geschrieben, bewähren sich die Packungsringe nach dieser Erfindung und die Dichtungsvorrichtung unter Verwendung derartiger Packungsringe nach der Erfindung durch Festigkeit gegen Hitze und Chemikalien und durch Dichtigkeit, verhindern Leckage von Gas mit geringem Molekulargewicht und von Lösungsmittel mit starker Osmose vollständig, vermeiden das nach außen Dringen der Packung durch den Spalt zwischen einem aufnehmenden Gehäuse und einen Stößel, dem Spalt zwischen einer Stopfbuchse und dem aufnehmenden Gehäuse und dem Spalt zwischen den Stößel und der Stopfbuchse, lassen sich nur schwierig verletzen und ermöglichen es, daß Wartungsarbeiten leicht ausgeführt werden können. Sie lassen sich bei einer großen Vielzahl von Ventilen und anderen ähnlichen Vorrichtungen verwenden und können dazu gebraucht werden, Leckage eines Fliuds und Verschmutzung der Umwelt, die dadurch hervorgerufen wird, unfehlbar zu verhindern. So bringt diese Erfindung solche herausragenden Wirkungen hervor, wie sie oben beschrieben sind.

Claims

1. Packungsring (2) gekennzeichnet dadurch, daß er folgendes aufweist:

- eine Packung (3), welche durch spiralförmiges Winden von einem Band von ausgedehntem Graphit zu einer Rolle und Druckformen der Rolle erhalten ist; und

- eine ringförmige Masse (4) von einander überlagernden Lagen von ausgedehntem Graphit, welche in der Packung (3) durch Druckverformung inkorporiert sind, um so eine Verbundstruktur entstehen zu lassen mit mindestens einem gepackten Teil (10) mit vergrößerter Dichte in mindestens einem von einem inneren Umfangsteil und einem äußeren Umfangsteil der Packung.

2. Packungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung (3) eine Dichte im Bereich von 0,7 g/cm² bis 1,9 g/cm² und die ringförmige Masse (4) eine Dichte im Bereich von 0,7 g/cm² bis 1,9 g/cm² aufweist.

3. Packungsring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung (3) eine Dichte im Bereich von 1,0 g/cm² bis 1,5 g/cm² und die ringförmige Masse (4) eine Dichte aufweist, die niedriger ist als die Dichte der Packung.

4. Packungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Masse (4) in eine von einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche der Packung (3) inkorporiert ist und sich zu dem äußeren Umfangsteil der Packung erstreckt, um so den gepackten Teil (10) in dem inneren Umfangsteil der einen Oberfläche der Packung entstehen zu lassen.

5. Packungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Masse (4) in eine von einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche der Packung (3) inkorporiert ist und sich zu dem inneren Umfangsteil der Packung erstreckt, um so den gepackten Teil (10) in dem äußeren Umfangsteil der einen Oberfläche der Packung entstehen zu lassen.

6. Packungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Masse (4) in eine von einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche der Packung (3) inkorporiert ist und sich unmittelbar vor dem inneren Umfangsteil und dem äußeren Umfangsteil der Packung erstreckt, um so den gepackten Teil (10) sowohl in dem inneren Umfangsteil als auch in dem äußeren Umfangsteil der einen Oberfläche der Packung entstehen zu lassen.

7. Packungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Masse (4) in einem mittleren Teil der Packung (3) inkorporiert ist und sich zu dem äußeren Umfangsteil der Packung erstreckt, um so den gepackten Teil (10) in dem inneren Umfangsteil des mittleren Teils der Packung entstehen zu lassen.

8. Packungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Masse (4) in einem mittleren Teil der Packung (3) inkorporiert ist und sich zu dem inneren Umfangsteil der Packung erstreckt, um so den gepackten Teil (10) in dem äußeren Umfangsteil des mittleren Teils der Packung entstehen zu lassen.

9. Packungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Masse (4) in einem mittleren Teil der Packung (3) inkorporiert ist und sich unmittelbar vor dem inneren Umfangsteil und dem äußeren Umfangsteil der Packung erstreckt, um so den gepackten Teil (10) sowohl in dem inneren Umfangsteil als auch in dem äußeren Umfangsteil des mittleren Teils der Packung entstehen zu lassen.

10. Packungsring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche ringförmige Masse (4) von einander überlagernden Lagen von ausgedehntem Graphit in der anderen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der Packung (3) inkorporiert ist und sich zu dem äußeren Umfangsteil der Packung erstreckt, um so einen weiteren gepackten Teil (10) in dem inneren Umfangsteil der anderen Fläche der Packung entstehen zu lassen.

11. Packungsring nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche ringförmige Masse (4) von einander überlagernden Lagen von ausgedehntem Graphit in der anderen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der Packung (3) inkorporiert ist und sich zu dem inneren Umfangsteil der Packung erstreckt, um so einen weiteren gepackten Teil (10) in dem äußeren Umfangsteil der anderen Oberfläche der Packung entstehen zu lassen.

12. Packungsring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche ringförmige Masse (4) von einander überlagernden Lagen von ausgedehntem Graphit in der anderen der oberen Oberfläche und der unteren Oberfläche der Packung (3) inkorporiert ist und sich unmittelbar vor dem inneren Umfangsteil und dem äußeren Umfangsteil der Packung erstreckt, um so einen weiteren gepackten Teil (10) sowohl in dem inneren Umfangsteil als auch in dem äußeren Umfangsteil der anderen Oberfläche der Packung entstehen zu lassen.

13. Verfahren zur Herstellung eines Packungsrings, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte aufweist:

- Spiralförmiges Winden eines Bandes von ausgedehntem Graphit zu einer Rolle;

- Druckformen der Rolle zu einer Packung (3);

- Anordnen einer ringförmigen Masse (4) von einander überlagernden Lagen von ausgedehntem Graphit in einer Position in oder gegen die Packung; und

- Druckformen in einem Formgesenk, um so eine Verbundstruktur entstehen zu lassen mit mindestens einem gepackten Teil (IO) von größerer Dichte in mindestens einem von einem inneren Umfangsteil und einem äußeren Umfangsteil der Packung.

14. Dichtungsvorrichtung (1) die einen leeren Raum aufweist, durch den eine Welle (6) hindurchgeht, und die mindestens einen Packungsring (2) in zusammengedrücktem Zustand in dem leeren Raum enthält, um so zwischen einer inneren Wand des leeren Raums und einer äußeren Umfangsoberfläche der Welle (6) abzudichten, wobei mindestens ein Packungsring (2) dadurch gekennzeichnet ist, daß er eine Packung (3) aufweist, welche durch spiralförmiges Winden von einem Band von ausgedehntem Graphit zu einer Rolle und Druckformen der Rolle erhalten ist; und eine ringförmige Masse (4) von einander überlagernden Lagen von ausgedehntem Graphit, welche in der Packung (3) durch Druckverformung inkorporiert sind, um so eine Verbundstruktur entstehen zu lassen mit mindestens einem gepackten Teil (10) mit vergrößerter Dichte in mindestens einem von einem inneren Umfangsteil und einem äußeren Umfangsteil der Packung.

15. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein paar geflochtener Packungsringe (5) vorgesehen sind, zwischen denen der mindestens eine Packungsring (2) angeordnet ist, wobei jeder der geflochtenen Packungsringe (5) durch Flechten eines Strickgarns von ausgedehntem Graphit gebildet und in dem leeren Raum untergebracht ist.

16. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Packungsring mindestens einen ersten Packungsring und mindestens einen zweiten Packungsring aufweist, die einander überlagert sind, wobei

- der erste Packungsring (2) eine Packung (3) aufweist, welche durch spiralförmiges Winden von einem Band von ausgedehntem Graphit zu einer Rolle und Druckformen der Rolle erhalten ist; und eine ringförmige Masse (4) von einander überlagernden Lagen von ausgedehntem Graphit, welche in der Packung (3) durch Druckverformung inkorporiert sind, um so eine Verbundstruktur entstehen zu lassen mit mindestens einem gepackten Teil (10) mit vergrößerter Dichte in mindestens einem von einem inneren Umfangsteil und einem äußeren Umfangsteil der Packung, und

- der zweite Packungsring (2) eine Packung (3) aufweist, welche durch spiralförmiges Winden von einem Band von ausgedehntem Graphit zu einer Rolle und Druckformen der Rolle erhalten ist; und eine ringförmige Masse (4) von einander überlagernden Lagen von ausgedehntem Graphit, welche in der Packung (3) durch Druckverformung inkorporiert sind, um so eine Verbundstruktur entstehen zu lassen mit mindestens einem gepackten Teil (10) mit vergrößerter Dichte in mindestens einem von einem inneren Umfangsteil und einem äußeren Umfangsteil der Packung.

17. Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Packungsring mindestens zwei einander überlagerte Packungsringe (2) aufweist, die jeweils eine Packung (3) aufweisen, welche durch spiralförmiges Winden von einem Band von ausgedehntem Graphit zu einer Rolle und Druckformen der Rolle erhalten ist; und eine ringförmige Masse (4) von einander überlagernden Lagen von ausgedehntem Graphit, welche in der Packung (3) durch Druckverformung inkorporiert sind, um so eine Verbundstruktur entstehen zu lassen mit mindestens einem gepackten Teil (10) mit vergrößerter Dichte in mindestens einem von einem inneren Umfangsteil und einem äußeren Umfangsteil der Packung.

18. Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle ein Stößel (6) eine Ventils und der leere Raum eine Stopfbuchse (8) ist, die zwischen dem Stößel (6) und einem Körper oder einer Kappe (7) des Ventils gebildet ist.

19. Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der leere Raum in einem Dichtungsabschnitt eines Ventils ausgebildet ist.

20. Dichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der leere Raum in einem Wellen-Dichtungsabschnitt einer Pumpe ausgebildet ist.