DE69822573T2

DE69822573T2 - Hochdrucksichere Dichtung

Info

Publication number: DE69822573T2
Application number: DE69822573T
Authority: DE
Inventors: John S. Forry; Brian C. Lehr
Original assignee: Interface Solutions Inc
Current assignee: Interface Solutions Inc
Priority date: 1997-08-29
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2018-08-26
Also published as: US6247703B1; DE69822573D1; CZ297804B6; BR9803247A; GB9818753D0; GB2328724B; JPH11190432A; KR100623306B1; EP0899488B1; GB2328724A; KR19990023976A; ES2162719B2; ES2162719A1; CZ270498A3; PL328263A1; EP0899488A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtung in Form einer Weichstoff-Flachdichtung, die zwei gegenüberliegende Hauptflächen und eine Randfläche um eine Öffnung der Weichstoff-Flachdichtung herum aufweist, wobei die Randfläche im Wesentlichen senkrecht zu den Hauptflächen ist und vollständig mit einem Material versehen ist, das der Dichtung eine gute Abdichtungsfähigkeit gibt.
Eine solche Dichtung ist in der GB 2 019 507 A beschrieben. Das Material, das der Dichtung eine gute Abdichtungsfähigkeit gibt, besteht aus einer Einlage aus Fluorpolymer. Die Einlage hat eine Öffnung, deren Form nach der Verwendung vorgegeben ist, für die die Dichtung vorgesehen ist. In einer Form wird wenigstens eine Einlage angeordnet und dort zusammen mit dem Weichstoff-Dichtungsmaterial, üblicherweise normaler Butylkautschuk, polymerisiert. Die Dichtung besteht aus zwei Teilen, wobei die Fluorpolymer-Einlage dichtend mit dem Öffnungsrand der Weichstoff-Flachdichtung aus Butylkautschuk so verbunden ist, dass das Fluorpolymer die Hauptflächen der Butylkautschuk-Flachbahn nicht abdeckt.
Zu den bei vielen Dichtungen geforderten Leistungseigenschaften gehören sowohl der Kompressionsdefektwiderstand als auch die Abdichtfähigkeit. Dichtungen müssen häufig unter Drucken im Bereich von etwa 211 bar (3.000 psi) bis etwa 2110 bar (30.000 psi) funktionsfähig sein. Gleichzeitig ist es auch erforderlich, dass die Dichtung eine Abdichtung gegen Fluide bildet.
Um eine gute Abdichtung zu erreichen, wird die Dichtung in einige Fällen beschichtet, um die Abdichtfähigkeit zu erreichen. Faserdichtungen oder poröse Weichmaterialien sind Dichtungsarten, die Beschichtungen erhalten, da diese Dichtung sehr porös ist und problematisch hinsichtlich einer geeigneten Abdichtung im Einsatz ist. Unglücklicherweise dringt die Beschichtung, die dazu verwendet wird, die Dichtfähigkeit zu erzeugen, in die Dichtung ein und reduziert die Fähigkeit der Dichtung, den Druck auszuhalten. Es wäre vorteilhaft, eine Dichtung zu entwickeln, die eine gute Dichtfähigkeit liefert und die gleichzeitig kompressionsdefektwiderstandsfähig ist, insbesondere wenn die Dichtung bei Flanschdrucken im Bereich von etwa 1,4 bar (20 psi) bis etwa 2110 bar (30.000 psi) funktionsfähig sein soll.
Zu den bisher bekannten Dichtungen gehören solche, wie sie in der US 3,661,901 beschrieben sind, die erfordern, dass die Dichtung eine Beschichtung erhält, die die Wände der Öffnungen zusätzlich zu den Dichtungsflächen abdeckt. Eine solche Dichtung, die vollständig beschichtet ist, wirkt jedoch bei derart hohen Drucken schlecht. Dies begrenzt den Einsatzbereich der Dichtungen ernsthaft.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, Dichtungen der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, die eine ausreichende Abdichtfähigkeit haben, die kompressionsdefektwiderstandsfähig sind, die in der Lage sind, Betriebsdrucke von wenigstens 211 bar (3.000 psi) auszuhalten, die im Bereich von etwa 1,4 bar (20 psi) bis etwa 700 bar (10.000 psi) gut arbeiten und die in der Lage sind, sowohl hohe als auch niedrige Flanschdrucke abzudichten.
Dieses Ziel wird mit der Dichtung nach Anspruch 1 erreicht, von der Ausgestaltungen Gegenstände der Unteransprüche 2 bis 12 sind.
Bei der Dichtung ist einerseits der Öffnungsrand beschichtet und andererseits eine Beschichtung an einem Teil wenigstens einer Hauptfläche vorgesehen, die an die Öffnung angrenzt und einen Rand um die Öffnung herum bildet. Die Randbeschichtung ist die willkürlich (in dieser Beschreibung) bezeichnete Beschichtung A, während die Beschichtung auf der Hauptfläche angrenzend an die Öffnung als Beschichtung B gekennzeichnet ist. Eine Beschichtung am Rand, der sich um die Außenseite (Umfang) des Dichtungsmaterials erstreckt, ist die Beschichtung C.
Zur Bildung der Beschichtungen A und B können verschiedene Beschichtungsmaterialien verwendet werden, obwohl es auch zulässig ist, die unterschiedlichen Flächen mit dem gleichen Beschichtungsmaterial zu beschichten.
Wenn für die Dichtungsfähigkeit mehr Beschichtung auf die Dichtungsflächen, d. h. auf die Hauptflächen, aufgebracht wird, verschlechtert sich die Leistung der Dichtung hinsichtlich höherer Drucke, auch wenn die Beschichtung auf der Hauptfläche auf einen Beschichtungsstreifen begrenzt ist, der an den beschichteten Rand der Öffnung auf wenigstens einer Seite der Dichtung angrenzt. Aus diesem Grund wird deshalb bevorzugt, dass die Beschichtung B, die an den beschichteten Rand der Öffnung angrenzt, in der Breite begrenzt ist, so dass sie nur einen begrenzten Abschnitt der Dichtungshauptfläche(n) bedeckt. Vorzugsweise kann die Beschichtung (Beschichtung B) auf wenigstens einer Dichtungshauptfläche angrenzend an den beschichteten Rand der Öffnung bis zu etwa 1,5 cm auf der Hauptfläche breit sein. Vorzugsweise können solche Beschichtungsstreifen auf der Hauptfläche der Dichtung und angrenzend an die Öffnung bis etwa 50% von einer oder beiden Hauptflächen bedecken.
Wie die Angaben des hier enthaltenen Beispiels 8 zeigen, kann es bei bevorzugten Ausgestaltungen auch wesentlich sein, die Dicke der Beschichtung an jeder Dichtungshauptfläche zu begrenzen. Der Druck, bei dem ein Kompressionsdefekt der Dichtung eintritt, ist umso niedriger, je dicker die Beschichtung auf der Hauptfläche der Dichtung ist. Deshalb haben die Beschichtungen für die Abdichtung, die auf der Dichtungshauptfläche abgelegt sind, vorzugsweise ein Maximum von etwa 0,28 mm (11 mils) Dicke.
Den Vorteil nach der Erfindung kann jedes poröse Material erhalten. Jedes Weichstoff-Dichtungsmaterial, das wenigstens einen Rand hat, kann von dem Vorteil der vorliegenden Erfindung ebenfalls Gebrauch machen. Ein Weichstoff-Dichtungsmaterial ist ein Flachdichtungsmaterial, das in typischer Weise kompressibel, flexibel und porös ist. Viele Arten solcher Weichstoff-Dichtungsmaterialien weisen Fasern und ein Bindemittel auf, andere Arten von Weichstoff-Dichtungsmaterialien haben ein Bindemittel und einen Füllstoff, beispielsweise Kautschuk und Kork. Bevorzugte Weichstoff-Dichtungsmaterialien weisen Faser, Bindemittel und Füllstoff auf. Weichstoff-Dichtungsmaterialien haben längs der vertikalen Ränder der Öffnung Poren. Diese Poren sind für die Dichtungsfähigkeit der Dichtung nachteilig.
An einer Öffnung, die Fluiden ausgesetzt ist, kann einem Weichstoff-Dichtungsmaterial eine Randabdeckung gegeben werden, so dass man eine Abdichtung gegen das Fluid erhält.
Überraschenderweise besteht keine Notwendigkeit, die Zusammensetzung des Flachmaterials für irgendeine merkliche Verbesserung der Abdichtungsfähigkeit zu ändern. Die Randbeschichtung liefert die Dichtung. Überraschenderweise besteht in vielen Fällen keine Notwendigkeit für eine merkliche Dichtungsfähigkeit bei dem Basisflachmaterial. Weiterhin kann ein Basisflachmaterial mit der Randdichtung viele unterschiedliche Arten von Flanschen oder irgendeine Veränderung an dem Basisflachmaterial aufnehmen.
Dichtungen, die für die vorliegende Erfindung besonders geeignet sind, sind Weichstoff-Dichtungsmaterialien mit Öffnungen, die in das Material geschnitten sind. Die Schnittränder der Weichstoff-Dichtungsmaterialien sind gewöhnlich stärker porös, da das Material so geschnitten ist, dass der offene Raum in dem Flachmaterial freigelegt wird. Im Allgemeinen ist der Schnittrand poröser als die Hauptfläche der Dichtung. Besonders bevorzugt wird auf einen Dichtungsrand eine Beschichtungsabdichtung gelegt, die gegen Fluide abdichten muss. Da das Fluid im Allgemeinen die Dichtung zuerst am Dichtungsrand kontaktiert, wird auf die Beschichtung dieses Randes als primäre Dichtung Bezug genommen.
Bevorzugte Dichtungen, die die vorliegende Randabdichtung mit einem verbesserten Kompressionsdefektwiderstand verwenden können, sind Dichtungen für Ansaugsammler, Ölwannendichtungen (Abdichtung gegen Öl), Abdeckdichtungen, wie Ventilabdeckungen (die gegen Öl abdichten) und Achsmanschetten (die gegen Getriebeschmiermittel abdichten), Wasserpumpendichtungen, die gegen Wasser und Gefrierschutzmittel abdichten, sowie Einsätze als Kompressordichtungen, die häufig Kältemitteln, wie Freon, ausgesetzt sind, Gasmessgerätdichtungen, die Gasen ausgesetzt sind, sowie industrielle Flansche, die Dampf und Chemikalien ausgesetzt sind. Um bevorzugte Ausgestaltungen zu erreichen, ist die Art der Beschichtung für jeden Anwendungszweck wesentlich, da einige spezielle Beschichtungsarten das spezielle Fluid besser als andere abhalten (einige Beschichtungen haben eine chemische Wechselwirkung mit dem Fluid). Die Auslegung als breite Randdichtung hat sich als überraschend geeignet für die Abdichtung von Ölwannen von Dieselmotoren, für die Abdichtung von Ölkühlern bei Dieselmotoren und für die Vakuumabdichtung in Ansaugverteilern gegenüber Luft und Brennstoffgemischen erwiesen. Für Ausgestaltungen, die Kältemitteln ausgesetzt sind, sind Chloroprenpolymer oder Acrylnitril bevorzugte Beschichtungen, für Ausführungsformen, die Öl ausgesetzt sind, werden Acryl- oder Acrylnitrilbeschichtungen bevorzugt.
Eine bevorzugte Flachdichtung hat planare Flächen, obwohl zu den für die vorliegende Erfindung geeigneten Dichtungen auch Dichtungen gehören, die Ausgestaltungen haben, wie Einprägungen auf einer oder beiden Flächen oder eine Abschrägung der Dichtungen an den Rändern von einer oder beiden Flächen. Die Dichtungen haben jedoch gegenüberliegende Ebenen, auf die hier als "Hauptflächen" oder "Flächenebenen" und "Kantenebenen" Bezug genommen wird. Die Kantenebenen gehen durch eine Kante zwischen einer Hauptfläche und einem Rand. Die Ebenen erstrecken sich unendlich, und die Hauptflächenebenen gehen durch im Wesentlichen ebene Abschnitte jeder Hauptfläche. Der Rand ist im Wesentlichen senkrecht zu diesen Haupttlächenebenen. Die Kantenebene ist jeweils die gleiche wie die Hauptflächenebene oder parallel zu ihr.
Der Kompressionsdefektwiderstand ist die Fähigkeit eines Dichtungsaufbaus, einen Druck auszuhalten, ohne die Dichtung bis zu einem Ausfallpunkt zu verformen. Der Zusammenpresstest (gezeigt im Beispiel 1) ist eine in der Industrie akzeptierte Messung des Kompressionsdefektwiderstands. Der Grad des Kompressionsdefektwiderstands, den eine Dich tung haben muss, wird durch die Last bestimmt, der sie bei einer speziellen Anordnung oder bei dem speziellen Flansch, wo sie verwendet wird, ausgesetzt ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Flachdichtung eine Beschichtung, die in die Poren längs des vertikalen Rands der Öffnung eindringt, der senkrecht zu den gegenüberliegenden Ebenen der beiden planaren Hauptflächen der Dichtung ist. Das Eindringen des Beschichtungsmaterials in die Poren gibt dem Flachdichtungsmaterial eine bessere Dichtungsfähigkeit.
Wenn das Flachdichtungsmaterial Faser und Bindemittel aufweist, ist in den meisten Fällen auch ein Füllstoff vorhanden. Die Flachdichtung sollte wenigstens 1 Gew.-% Bindemittel und wenigstens 5 Gew.-% Faser aufweisen. Der Füllstoff kann mit einer minimalen Menge von etwa 1% zugesetzt sein. Geeignete Bereiche erstrecken sich von etwa 3 bis etwa 40 Gew.-% Bindemittel, von etwa 5 bis etwa 70 Gew.-% Faser und von etwa 1 bis etwa 92 Gew.-% Füllstoff.
Das Beschichten des Randes der Dichtungsöffnung kann in jeder einen Film bildenden Weise ausgeführt werden, beispielsweise durch Eintauchen oder Schmelzen (während die nicht beschichteten Dichtungsabschnitte geschützt sind) oder Aufstreichen. Dieses Beschichten auf dem Rand ergibt die Dichtungsfähigkeit.
Die Beschichtung kann organisch, anorganisch oder ein Hybrid von beiden sein. Wenn der vertikale Rand ein Rand ist, auf den während des Einsatzes Fluide treffen, ist jedoch eine Polymerbeschichtung besonders zweckmäßig und wird bevorzugt. In solchen Fällen wird vorzugsweise der gesamte Rand beschichtet, um die bestmögliche Dichtungsfähigkeit durch die Beschichtung zu erreichen. In einem solchen Fall wird auf die Beschichtung auf dem Öffnungsrand als "primäre Dichtung" Bezug genommen. Diese Beschichtung auf dem Öffnungsrand ist besonders erwünscht, wenn die Dichtung gegen Fluide abdichten muss. Die Randbeschichtung verhindert in einem solchen Fall das Eindringen von Fluid in das Flachmaterial.
Der Beschichtungsstreifen (Streifen B) kann auf eine oder beide Hauptflächen gänzlich um eine Öffnung herum aufgebracht werden, so dass sie an dem Rand senkrecht zu jeder Hauptfläche anstößt und an die Beschichtung an dem Öffnungsrand (Beschichtung A) anstößt oder daran anschließt. Der Beschichtungsstreifen kann vorteilhafterweise verwendet werden, wenn die Flansche nicht fest zusammenpassen, um eine Passdichtung gegen Fluide zu bilden. Wenn beispielsweise ein Flansch auch nur leicht verworfen ist, so dass er sich von einer ebenen (Haupt-)Fläche wegkrümmt, kann der Dichtungsstreifen dafür zweckmäßig sein, eine bessere Abdichtung gegen Fluidleckagen zu bilden. Für solche Anwendungen wird der Beschichtungsstreifen vorzugsweise um die Öffnung herum abgelegt, wo im Einsatz Fluide auftreffen.
Vorzugsweise ist die Beschichtung A breiter als die Dichtung und die Beschichtung B in Kombination, so dass die Beschichtung A wenigstens etwa 0,025 mm (1 mil) über die Beschichtung B auf wenigstens einer Hauptfläche (Beschichtung A, wodurch eine Lippe über der Beschichtung B gebildet wird) vorsteht. Besonders bevorzugt steht sie wenigstens etwa 0,127 mm (5 mils) und speziell bevorzugt wenigstens etwa 0,254 mm (10 mils, wenn ein 1 mil ist gleich 1/1000 Zoll) vor. Ein bevorzugter Bereich, in dem die Beschichtung A über die Beschichtung B vorsteht, geht von etwa 0,127 mm (5 mils) bis etwa 2,03 mm (80 mils), und besonders bevorzugt von etwa 0,254 mm (10 mils) bis etwa 2,03 mm (80 mils).
Die Erfindung wird weiter erläutert unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen
1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Dichtung nach der Erfindung ist,
2 der Schnitt 2-2 von 1 ist,
3 eine Teilschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Dichtung ist,
4 eine Teilschnittansicht einer dritten Ausführungsform der Dichtung ist, und
5 eine Teilschnittansicht einer vierten Ausführungsform der Dichtung ist.
Die Dichtung von 1 hat ein Weichstoff-Dichtungsmaterial 10, das für einen Flansch zugeschnitten ist. Die Dichtung hat eine große Öffnung 33 und vier kleinere Bolzenlöcher 32. Die Dichtung hat einen Streifen 11 einer Beschichtung B um die Öffnung 33 herum auf der Hauptfläche der Dichtung. Die Dichtung hat auch eine Beschichtung A, 12 an dem vertikalen Rand 23 um die Öffnung 33 herum. Die Beschichtung 12 deckt den gesamten vertikalen Rand 23 ab und besteht aus einem anderen Dichtungsmaterial als der Streifen 11 der Beschichtung B.
2 ist eine andere Ansicht der in 1 gezeigten Dichtung. Das Weichstoff-Dichtungsmaterial 10 ist auf jeder Hauptfläche um die Öffnung 33 herum und daran angren zend mit einem Beschichtungsstreifen versehen. An dem Rand 23, der senkrecht zu jeder Hauptfläche ist und sich um die Öffnung 33 herum erstreckt, ist die Beschichtung A 12 vorgesehen.
3 zeigt eine Beschichtung 18, die einen Teil der Hauptfläche 17 und den gesamten Rand 72 abdeckt. Die Beschichtung 19 geht bis zur Kante zwischen dem Rand 72 und der Hauptfläche 51.
Die Dicke der Beschichtung 18 von 3 und der Beschichtung 22 von 4 ist ebenfalls breiter als der vertikale Rand 72 und 74 der Dichtungen und wo die Beschichtung an die Dichtung angrenzt. Zusätzlich dazu macht in 3 die leichte Abschrägung der einen horizontalen Hauptfläche der Dichtung 17 einen vertikalen Rand etwas schmaler und ermöglicht es der Beschichtung 18, sich auf die Hauptfläche 17 der Dichtung hinauf zu erstrecken. In 4 sind beide horizontalen Hauptflächen der Dichtung nahe an dem Rand der Dichtung abgeschrägt, und die Randbeschichtung deckt die Dichtung etwas auf jeder horizontalen Hauptfläche ab. Die Abschrägung der horizontalen Hauptfläche der Dichtung angrenzend an die Öffnung ist eine bevorzugte wahlweise Ausgestaltung. Es kann auch eine Beschichtung auf die Dichtungshauptfläche angrenzend an den vertikalen Rand gelegt werden, ohne die Dichtungshauptflächen nahe an dem Rand abzuschrägen. Es kann eine gute bis hervorragende und sogar eine totale Abdichtung ohne Abschrägung der Hauptflächen der Dichtung an der horizontalen Hauptfläche erreicht werden.
Die Abschrägung der Dichtungsdicke an der horizontalen Hauptfläche nahe dem beschichteten vertikalen Rand (wie in 3 und 4 gezeigt) ist eine wahlweise bevorzugte Ausgestaltung. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform lappt die Beschichtung (Beschichtung A) über die Kante des Randes der Dichtung auf die Hauptfläche (wo dann auf sie als Beschichtung B Bezug genommen ist). Die Beschichtung kann über die Kante des vertikalen Randes auf einer oder beiden Seiten der Dichtung (unabhängig davon, ob die Dicke der horizontalen Hauptfläche in Randnähe abgeschrägt ist oder nicht) lappen, wie es in 3 und 4 gezeigt ist).
Beispielsweise kann eine solche Abschrägung der Dichtungsdicke in einem Abstand von etwa 6,2 mm (1/4 Zoll) weg von dem vertikalen Rand bis zu dem vertikalen Rand erfolgen. Zu vermerken ist, dass die Beschichtung 18 von 3 etwas breiter ist als die Dichtungsdicke, wo die Beschichtung an den vertikalen Rand der Dichtung anstößt.
5 zeigt Hauptflächen-Eckebenen 39 und 65. 5 zeigt eine Öffnungsbeschichtung 27 an dem Rand 76, der sich zwischen den Hauptflächen 25 und 53 befindet. Die Beschichtung ist für eine ausreichende Abdichtung geeignet und wirksam. Besonders bevorzugt kann die Beschichtung (die eine Breite hat, die größer als die Breite des Dichtungsrandes 36), indem sie wenigstens etwa 0,025 mm (1 mil) über die Hauptflächenebene 25, 53 und jede Hauptflächenbeschichtungsdicke hinausgeht, stärker bevorzugt (in eine Richtung parallel zum Dichtungsrand 76) um wenigstens 0,127 mm (5 mils), und besonders bevorzugt wenigstens etwa 0,254 mm (10 mils) vorbei an der Hauptflächenebene 25, 53 und vorbei an jeder Hauptflächenbeschichtungsdicke vorstehen.
Wahlweise kann jede Dichtungshauptfläche eine lösbare Beschichtung sein (um die Dichtung leichter von dem Flansch nach dem Einsatz entfernen zu können), was den Kompressionsdefektwiderstand nicht wesentlich beeinträchtigt. Eine ablösbare Beschichtung hat gewöhnlich eine Dicke von weniger als 0,025 mm (1 mil). Für das beste Leistungsvermögen sollte die ablösbare Beschichtung nicht wesentlich in den Dichtungsaufbau eindringen. Der hochgradige Kompressionsdefekt, der durch Dichtungsbeschichtungen verursacht wird, tritt somit nicht typischerweise bei ablösbaren Beschichtungen auf. Außerdem dringt eine Abdichtungsbeschichtung häufig in die Dichtungsstruktur ein. Die vorliegende Erfindung gibt den Dichtungen einen Kompressionsdefektwiderstand und eine Abdichtungsfähigkeit. Beschichtungen auf der Dichtungshauptfläche, die das Dichtungsvermögen der Dichtung steigern oder bereitstellen, beeinträchtigen den Kompressionsdefektwiderstand nachteilig und müssen somit begrenzt werden. Solche Beschichtungen werden insgesamt mit einem schwereren Beschichtungsmaterial als die lösbaren Beschichtungen ausgeführt.
Bei anderen Ausführungsformen kann die Randbeschichtung an dem vertikalen Rand der Dichtung auf jede Hauptfläche der Dichtung (beispielsweise wie in 3 und 4 gezeigt) überlappen. Alternativ kann der Hauptfläche angrenzend an den Rand, wie in 2 gezeigt ist, eine andere Beschichtung hinzugefügt werden. Um den Kompressionsdefektwiderstand zu erhalten, sollte diese Überlappung und die zugefügte Beschichtung sowohl in der Dicke als auch in der Breite beschränkt sein. Vorzugsweise kann sich die Dichtungsbeschichtung jedoch bis zu etwa 1,5 cm auf der Hauptfläche der Dichtung erstrecken, solange die Beschichtung der Dichtungshauptfläche darauf beschränkt ist, den Kompressionsdefektwiderstand abzusichern, und insbesondere nicht mehr als etwa 50% der Hauptflächenoberfläche zu bedecken. Besonders bevorzugt erstreckt sie sich mit einem Maximum von etwa 5 mm über die Hauptfläche der Dichtung. Am stärksten bevorzugt ist für einen noch besseren Kompressionsdefektwiderstand, dass die Überlappung der Randbeschichtung (Beschichtung A) auf der horizontalen Hauptfläche der Dichtung ein Maximum von etwa 1 mm ist.
Die abdichtende Beschichtung, die die Dichtungshauptfläche in der Nähe des vertikalen Rands der Dichtung beschichten darf, sollte vorzugsweise in der Dicke begrenzt sein, um den Widerstand der Dichtung gegen einen Defekt unter Druck zu erhalten. Vorzugsweise ist die Beschichtung angrenzend an den Rand auf der Hauptfläche der Dichtung 0,28 mm (11 mils) oder weniger dick. Besonders bevorzugt hat die Beschichtung ein Maximum der Dicke von 0,18 mm (7 mils), wobei am stärksten bevorzugt ein Maximum von etwa 0,1 mm (4 mils) der Dicke ist, während am meisten bevorzugt eine Dicke von etwa 0,063 mm (2,5 mils) oder weniger wird. Der Druck, bei dem der Kompressionsdefekt der Dichtung auftritt, ist um so niedriger, je dicker die Randbeschichtung (angrenzend und anstoßend an den beschichteten vertikalen Rand der Dichtung) ist.
Die Ausführbarkeit ist der die Dicke der Beschichtung direkt an dem vertikalen Rand sowohl in der Richtung parallel zum vertikalen Rand als auch senkrecht zum vertikalen Rand begrenzende Faktor. Sehr kleine Dicken haben sich jedoch als effektiv erweisen. Da eine relativ dünne Beschichtung wirksam ist, ist es kosteneffektiv, die Dicke und Breite der Beschichtung an dem vertikalen Rand der Dichtungsöffnung zu begrenzen. Die Beschichtung an dem Dichtungsöffnungsrand, wo die Dichtung abgedichtet werden soll, sollte den gesamten Rand von einer Seite zur anderen beschichten, um die Dichtung zu vervollständigen.
Die Beschichtungsdicke in der Richtung senkrecht zu dem vertikalen Rand ist nicht kritisch. Die Beschichtung hat vorzugsweise ein Minimum von wenigstens etwa 0,1 mm Dicke und kann vorzugsweise bis zu etwa 1 mm dick sein. Die Beschichtung an dem vertikalen Rand ist für das Dichtmachen der Dichtung vorgesehen. Somit soll die Beschichtung eine minimale Dicke haben, die für das Dichtmachen der Dichtung erforderlich ist. Eine geeignete abdichtende Beschichtung an dem vertikalen Rand sollte wenigstens etwa 0,025 mm (1 mil) in der Dicke betragen (die sich in eine Richtung senkrecht zum vertikalen Rand erstreckt).
Wenn sich die Beschichtung A auf die Fläche der Dichtung erstreckt und zur Beschichtung B wird, erstreckt sich die Beschichtung A in geeigneter Weise wenigstens etwa 0,127 mm (5 mils) auf die Hauptfläche der Dichtung. Stärker bevorzugt erstreckt sich die Flächenüberlappung auf die Hauptfläche mit einer Distanz von 0,254 mm (10 mils) oder mehr, obwohl sie sich bevorzugt so erstrecken kann, dass eine Beschichtung B bis zu einer Distanz von 1,5 cm gebildet wird, wobei nicht mehr als etwa 50% der Dichtungshauptflächen abgedeckt sind.
Eine Beschichtung ist jegliches Material, das eine Beschichtung auflegt. Dazu gehören Pulver, gefüllte Polymere und 100%-Feststofffluide. Zu anorganischen Materialien, die zur Beschichtung des Randes (unter Bildung der Beschichtung A, B und/oder C) verwendet werden können, gehören chemisch delaminierter Glimmer und Vermiculitbeschichtungen. Bevorzugte Beschichtungen sind Polymere (einschließlich organische und anorganische Hybride sowie anorganische/organische Hybride) sowie gefüllte Polymere. Die Polymerbeschichtungen können zur Bildung jeder Beschichtung A, Beschichtung B und Beschichtung C verwendet werden. Geeigneterweise sind die polymere Beschichtungsmaterialien Beschichtungen, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Acryl-, Acrylnitril-, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk-(NBR-), Fluorpolymeren-, hydrierten NBR-, Styrol-Butadien-Polymer-, Fluorelastomerpolymer-, Acryl-Acrylnitrilpolymeren-, Carboxyl-Acrylnitril-Polymer-, Carboxyl-Styrol-Butadien-Polymer-, Polyvinylidenchlorid-, Chloroprenkautschukpolymer-, Ethylen-Propylen-Kautschukpolymer-, Ethylen-Vinylacetatpolymer-, Epoxy-, Fluorsilicon-, Polyurethan- und Siliconkautschukbeschichtungen (sowohl UV-härtbar als auch bei Raumtemperatur härtbar) und Mischungen davon bestehen. Eine bevorzugte Polymerbeschichtung ist ein gefülltes Polymer, das einen Siliziumdioxid-, Ruß- und/oder Tonfüllstoff aufweist. Es kann jeder Latex verwendet werden. Es kann irgendein Elastomer eingesetzt werden.
Als Beschichtung sind ebenfalls geeignet Polymerpulver, die erhitzt werden, um sie auf die Oberfläche der Dichtung zu schmelzen. Tatsächlich kann jedes Pulver, das geschmolzen werden kann, zum Beschichten und Dichtmachen des Randes verwendet werden. Die Polymerbeschichtungen A, B und C können unterschiedliche Polymerbeschichtungen oder die gleiche Polymerbeschichtung sein.
Die vorliegende Erfindung kann besser aufgrund der folgenden Beispiele verstanden werden. Diese Beispiele sind jedoch nur aufgeführt, um die Erfindung zu erläutern und nicht, um sie zu beschränken. Alle Teile und Prozentsätze beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, auf Gewicht.
Beispiel 1
A. Zusammendrücktest – ASTM F1574-95
Aus einem Papier-Dichtungsflachmaterial auf Cellulosebasis wurden identischen ringförmige Dichtungen ausgeschnitten.
Jede Dichtung bildete einen Kreis und hatte die folgenden Abmessungen: Innendurchmesser 13 mm (0,515 Zoll) (Abstand von der Mitte zum inneren Rand des Rings), Außendurchmesser 24 mm (0,950 Zoll), Ringbreite 5,5 mm (0,2175 Zoll).
Die Dichtungsringe in der Spalte a in der nachstehenden Tabelle 1 wurden als Kontrolle vollständig unbeschichtet belassen. In der Spalte b waren bei jeder Dichtungsringprobe der innere vertikale Rand (13,1 mm (0,515 Zoll) von der Mitte) mit NBR-Latex beschichtet. Bei den Dichtungsproben in der Spalte c war bei dem Dichtungsring der innere vertikale Rand mit NMR-Latex beschichtet, und auf jede Fläche der Dichtung war als Beschichtung ein Streifen aus bei Raumtemperatur vulkanisierbarer Siliconbeschichtung (von Loctite Corp.) aufgebracht. Dieser Streifen der Beschichtung wurde auf jede Fläche so aufgelegt, dass der Beschichtungsstreifen die Beschichtung an dem vertikalen Rand berührte. Der Beschichtungsstreifen war 0,1 mm (4 mils) dick und 3,2 mm (1/8 Zoll) breit. Die Dichtungsproben in der Spalte d hatten eine Beschichtung aus bei Raumtemperatur vulkanisierbarer Siliconbeschichtung (aus Loctite Corp.) über der Gesamtfläche der Dichtung.
Zum Prüfen der Kompressionsfestigkeit bei erhöhten Temperaturen wurde jeder Dichtungsring einer gesteuerten Druckgröße bei 149°C (300°F) unter gleichförmigen Lastbedingungen ausgesetzt und die Verformung der Probe als Prozentänderung (Steigerung) in der Fläche gemessen. Dies ist ein üblicher Test für Dichtungen, der als Zusammendrücktest bekannt ist und der unter ASTM: F1574-95 beschrieben ist.
Die Ergebnisse dieses Vergleichs sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben. In der Tabelle sind die Werte unter jedem Druckniveau für jeden Dichtungstyp in Ausdrücken der Prozentänderung in der Fläche angegeben. Als Defekt wird angesehen, wenn der Wert größer als 10 ist. Je größer die Zahl ist, desto schlechter ist das Leistungsvermögen und desto unerwünschter die Dichtung.
Tabelle 1
Die obigen Daten zeigen, dass die beschichtete Dichtung (d) die Drucke von sogar 229 bar (3250 psi) ohne Verformung bis zu einem unerwünschten Ausmaß nicht aushält. Die beschichtete Dichtung (unter a) und die Dichtung, die randbeschichtet ist (unter b) und die mit einem Beschichtungsstreifen um die Öffnung herum randbeschichtet ist (unter c), zeigt ein viel besseres Vermögen und eine viel bessere Fähigkeit, sogar höheren Drucken als 1050 bar (15.000 psi) ohne merkliche Verformung (weniger als 10% Änderung in der Fläche) auszuhalten. Die Dichtungen c, die sowohl eine Randbeschichtung als auch die Streifenbeschichtung auf der Oberfläche haben, werden nach diesem Test als bevorzugt für Flanschdrucke bis zu 703 bar (10.000 psi) angesehen.
B. Dichtungsfähigkeitstest
Aus einem Papier-Dichtungsflachmaterial auf Cellulosebasis wurden Dichtungen ausgeschnitten. Die untersuchten Dichtungen waren die Dichtung a (unbeschichtet), die Dichtung b, deren innerer vertikaler Rand der Öffnung mit NBR-Latex beschichtet war, während bei den Dichtungsproben unter c bei dem Dichtungsring sowohl der innere vertikale Rand der Öffnung mit NBR-Latex beschichtet war, als auch eine Streifenbeschichtung aus bei Raumtemperatur vulkanisierbarem Silicon (von Loctite Corp.) auf jede Hauptfläche der Dichtung aufgebracht war (der Streifen auf jeder Dichtungshauptfläche war 4,8 mm (3/16 Zoll) breit).
Diese Dichtungsproben wurden in einen Zylinder gelegt, der mit Stickstoff druckbeaufschlagt werden konnte. Für diesen Test wurde der Stickstoffdruck in dem Zylinder auf 1 bar (14 psi) gebracht, und es wurde die Anzahl von Minuten gemessen, die vergingen, während der Druck auf 0,9 bar (13 psi) absank. Dieser Versuch wurde an einem weichen Flansch mit gemessenen 18 Ra ausgeführt (Ra ist der mittlere Rauigkeitswert, der in Mikrozoll gemessen wird, MS zeigt Mikrozoll an, 1 Mikrozoll = 25,4·10^–6 mm), während der Versuch auch auf einem rauen Flansch mit gemessenen 250 Ra durchgeführt wurde.
Die Ergebnisses sind nachstehend in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Wenn die Dichtung sowohl eine Randdichtung am vertikalen Rand der Öffnung als auch einen Beschichtungsstreifen auf jeder Fläche hatte, konnte die Dichtung eine perfekte Abdichtung auf einem Flanschdruck von so wenig wie 21,1 bar (300 psi) sowohl bei dem glatten als auch bei dem rauen Flansch geben. Bei Anwendungen, bei denen die Dichtungsfähigkeit von Bedeutung ist, hat die stärker bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sowohl eine Randbeschichtung als auch einen Beschichtungsstreifen auf wenigstens einer Dichtungshauptfläche um die Öffnung herum. Noch bevorzugter können bis zu etwa 30% jeder Dichtungshauptfläche bedeckt werden.
Beispiel 2
Aus dem gleichen Dichtungsmaterial, wie es bei Beispiel 1 verwendet wurde, wurde eine Ringdichtung ausgeschnitten, die zu denen von Beispiel 1 identisch war. Zur Beschichtung der Dichtungsringprobe an dem inneren vertikalen Rand der Ringöffnung wurde eine Siliconbeschichtung verwendet. Die Beschichtung wurde auf den vertikalen Rand so aufgebracht, dass sie in eine Richtung parallel zum vertikalen Rand der Dichtung die Beschichtung dicker war als die Beschichtungsdicke nahe an dem vertikalen Rand der Dichtung, während die Beschichtung auf eine horizontale Hauptfläche der Dichtung (wie in 3) überlappte. Von dem vertikalen Rand der Dichtung, der durch die Beschichtung in einer Richtung senkrecht zum vertikalen Rand hindurchgeht, wurde die Beschichtung zu etwa 0,4 mm an der Mitte des vertikalen Rands gemessen.
Die Dichtung wurde in einem Zylinder geprüft, der mit Stickstoff unter Druck gesetzt werden konnte (wie in Beispiel 1 beschrieben). Der Stickstoffdruck in dem Zylinder wurde auf 1 bar (14 psi) gebracht, und wenn der Flansch keine totale Abdichtung bei einem gegebenen Flanschdruck hatte, wurde die Anzahl der Minuten gemessen, die vergingen, bis der Druck auf 0,91 bar (13 psi) abfiel. Je niedriger der Flanschdruck ist, bei dem eine totale Abdichtung erreicht wird, desto besser sind die Ergebnisse. Wenn eine totale Abdichtung bei irgendeinem Flanschdruck nicht erreicht werden kann, ist das Ergebnis umso besser, je länger der Druck gehalten werden kann. Dieser Versuch wurde an einem glatten Flansch gemessen mit 18 Ra ausgeführt. Die Kontrolle dieses Versuchs ist das Ergebnis, das für die Dichtung a in Beispiel 1 angegeben ist, die den Druck nur 1,5 Minuten hielt und einen Flanschdruck von 148 bar (2100 psi) benötigte. Die am Rand abgedichtete Dichtung dieses Beispiels ergab eine totale Abdichtung (der Druck nahm niemals in dem Zylinder ab) bei dem Flanschdruck von 148 bar (2100 psi).
Beispiel 3
Aus dem gleichen Dichtungsmaterial, wie es bei Beispiel 1 benutzt wurde, wurde eine ringförmige Dichtung ausgeschnitten, die zu denen von Beispiel 1 identisch war. Zur Beschichtung der Dichtungsringprobe auf dem inneren vertikalen Rand der Ringöffnung wurde eine Siliconbeschichtung verwendet. Die Beschichtung wurde auf den vertikalen Rand so aufgebracht, dass in einer Richtung parallel zum vertikalen Rand der Dichtung die Beschichtung dicker war als die Dichtungsdicke in der Nähe des vertikalen Rands der Dichtung, wobei die Beschichtung auf jede horizontale Hauptfläche der Dichtung überlappte (wie in 4 gezeigt). Die Beschichtung erstreckt sich auf jeder horizontalen Hauptfläche der Dichtung über eine Distanz, die zu etwa 0,38 mm gemessen wurde.
Die Dichtung wurde in einem Zylinder geprüft, der mit Stickstoff unter Druck gesetzt werden konnte (wie in Beispiel 1 beschrieben). Der Stickstoffdruck in dem Zylinder wurde auf 1 bar (14 psi) gebracht. Wenn der Flansch keine totale Abdichtung bei einem gegebenen Flanschdruck hatte, wurde die Anzahl von Minuten gemessen, die vergingen, während der Druck auf 0,91 bar (13 psi) abfiel. Die Ergebnisse sind umso besser, je niedriger der Flanschdruck ist, bei dem eine totale Abdichtung erreicht wird. Wenn eine totale Abdichtung bei irgendeinem Flanschdruck nicht erreicht werden kann, ist das Ergebnis umso besser, je länger der Druck gehalten werden kann. Dieser Versuch wurde bei einem glatten Flansch gemessen zu 18 Ra ausgeführt. Die Kontrolle dieses Versuchs ist das Ergebnis, das für die Dichtung a in Beispiel 1 aufgeführt ist, die den Druck nur über 1,5 Minuten hielt und einen Flanschdruck von 21 bar (2100 psi) erforderte. Die am Rand abgedichtete Dichtung dieses Beispiels ergab eine Totalabdichtung (der Druck in dem Zylinder fiel niemals ab) bei dem Flanschdruck von nur 21 bar (300 psi).

Claims

Dichtung (10) mit einer Weichstoff-Flachdichtung, die – zwei gegenüberliegende Hauptflächen (17, 51; 25, 53) und – eine Randfläche (23, 72, 74, 76) um eine Öffnung (33) der Weichstoff-Flachdichtung herum aufweist, wobei die Randfläche (23, 72, 74, 76) im wesentlichen senkrecht zu den Hauptflächen (17, 51; 25, 53) ist und – wobei die Randfläche (23, 72, 74, 76) vollständig mit einem Material versehen ist, das der Dichtung (10) eine gute Abdichtungsfähigkeit gibt, dadurch gekennzeichnet, – dass das Material der Randfläche (23, 72, 74, 76) mit einer Beschichtung (A, 18, 22, 27) versehen ist und – dass eine weitere Beschichtung (B, 18, 22, 27) auf einem Teil wenigstens einer Hauptfläche (17, 25, 53) vorgesehen ist, die an die beschichtete Randfläche (23, 72, 74, 76) der Öffnung angrenzt oder damit verbunden ist.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Beschichtung (B) ein Streifen (11) auf einer oder auf beiden Randflächen ist, der sich um die Öffnung (33) herum so erstreckt, dass er an die Beschichtung (A) an der Randfläche (23) der Öffnung (33) anstösst oder sogar damit verbunden ist.
Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (27) auf der Randfläche (76) breiter ist als die Flachdichtung und die weitere Beschichtung auf wenigstens einer Hauptfläche (25, 53), so dass die Beschichtung (27) auf der Randfläche (76) wenigstens 0,025 mm (1 mil) über die Hauptfläche (25, 53) vorsteht.
Dichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (18, 27) an der Randfläche (72, 76) von etwa 0,127 mm (5 mils) bis etwa 0,254 mm (10 mils) über die Hauptfläche (25, 53) hinaus vorsteht.
Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (B, 11) auf den gegenüberliegenden Hauptflächen (17, 25, 53) eine maximale Dicke von etwa 0,28 mm (11 mils) hat.
Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (B, 11), die an die Öffnung (33) anstösst, eine maximale Breite auf der Hauptfläche (17; 25, 53) von 1,5 cm hat und etwa 50% oder weniger von der Hauptfläche (17; 25, 53) abdeckt.
Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Randfläche (23, 72, 74, 76) der Öffnung (33) Poren hat, in die die Beschichtung (A, 18, 22, 27) eingedrungen ist.
Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (A; 18, 22, 27) der Randfläche (23; 72, 74, 76) der Öffnung (33) ein Polymer ist.
Dichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Acryl, Acrylnitril, Acryl-Butadien-Kautschuk, Fluorpolymeren, hydriertem Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Styrol-Butadien-Polymer, Fluorelastomerpolymer, Acryl-Acrylnitrilpolymeren, Karboxyl-Acrylnitril-Polymer, Karboxyl-Styrol-Butadien-polymer, Polyvinylidenchlorid, Chloroprenkautschukpolymer, Ethylen-Propylen-Kautschukpolymer, Ethylen/Vinylazetatpolymer, Epoxy, Fluorsilikonen, Polyurethan, Silikonkautschuk und Mischungen davon besteht.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (A; 18, 22, 27) der Randfläche (23; 72, 74, 76) der Öffnung (33) ein Latex ist.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (A; 18, 22, 27) der Randfläche (23; 72, 74, 76) der Öffnung (33) ein Pulver ist, das auf die Randfläche (23; 72, 74, 76) aufgeschmolzen ist.
Dichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (18, 22, 27) der Randfläche (72, 74, 76) der Öffnung und die Beschichtung (18, 22, 27) der wenigstens einen Hauptfläche (17; 25, 53) aus dem gleichen Beschichtungsmaterial bestehen.