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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Füllmaterial für eine spiralförmig gewickelte
Dichtung, die bei verschiedenen Rohrverbindungen sowie bei Verbindungsteilen
von Fluidleitungen angewendet wird, zum Abdichten von Fluiden, wie
z.B. Flüssigkeiten,
einschließlich
Wasser und Öl,
sowie gasförmige
Mittel, einschließlich Wasserdampf
und Gas.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung eine spiralförmig gewickelte Dichtung, die
durch Verwendung des obigen Füllmaterials
gebildet wird.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Die
herkömmlich
bekannte typische spiralförmig
gewickelte Dichtung umfasst ein Reifenmaterial, das aus einem plattenförmigen Metallband
mit einem z.B. in V-Form oder in W-Form gewellten Querschnitt, und ein
Füllmaterial
aus Asbestpapier, die übereinander
gelegt und in Form einer Spirale gewickelt sind (
US 5,638,091 ).
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Jedoch
erzeugt in einer solchen spiralförmig
gewickelten Dichtung das als Füllmaterial
verwendete Asbestpapier beim Verarbeiten feine Partikel, und es
wird darauf hingewiesen, dass sich diese feinen Partikel beim Einatmen
gesundheitsschädlich
auswirken. Aus diesem Grund wird jetzt kein Asbestpapier mehr benutzt. Als
eine Alternative wurde eine spiralförmig gewickelte Dichtung entwickelt,
die als Füllmaterial
ein expandiertes Graphit-Band ohne Asbest verwendet.
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Im
herkömmlichen
expandierten Graphit-Band, in dem die expandierten Graphit-Partikel
nur verpresst sind, werden die expandierten Graphit-Partikel auf
der Oberflächenschicht
zusammengedrückt
und deformiert, und bilden eine aus dünnblätterigen verpressten Gliedern
bestehende dichte Schicht, die in einem Zustand hoher Dichte und
hoher Orientierung ist. Ihr fehlen Flexibilität und Biegsamkeit. Wenn sie
auf die gewickelte Dichtung aufgebracht wird, kommt es zu Schwierigkeiten,
wobei ein Bruch entsteht und sich zwischen den Reifenmaterialien
ein Zwischenraum bildet wodurch Probleme unzureichender Dichtungseigenschaften
hervorgerufen werden.
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Ein
solches expandiertes Dichtmaterial ist aus JP-A-07118627 bekannt.
Dieses Material wird auf der Oberfläche strahlbehandelt, um die
expandierten Graphit-Partikel sich erweiternd zu öffnen oder
zu heben und Haftfestigkeit zu erzeugen.
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Ferner
wurde zur Verbesserung der Dichtungseigenschaft der spiralförmig gewickelten
Dichtung unter Verwendung des expandierten Graphit-Füllmaterials,
eine Dichtung mit zusätzlichem
Füllmaterial
vorgeschlagen, enthaltend PTFE-Fasern
(Tetrafluorid-Polyethylenharz-Fasern) mit Graphit zusätzlich zu
dem expandierten Graphit-Füllmaterial
und eine Dichtung, enthaltend das expandierte Graphit-Füllmaterial
mit darin enthaltenen Kohlenstoff-Fasern, welche sich in Längsrichtung
erstrecken.
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Jedoch
weist die herkömmliche
spiralförmig
gewickelte Dichtung unter Verwendung des expandierten Graphit-Füllmaterials die folgenden Probleme
auf:
- (1) Da die Zugfestigkeit des expandierten
Graphit-Bandes gering ist, ist es beim Wickeln in eine Spiralform anfällig für Schäden.
- (2) Da die Dehnbarkeit des expandierten Graphit-Bandes nur gering
ist und es ihm an Flexibilität
mangelt, kann sich das Band nicht entlang einer räumlichen
Form verformen, welche sich zwischen den Reifenmaterialien aus plattenförmigem Metallband
bildet und möglicherweise
einen Zwischenraum hervorruft, und das Band ist anfällig für Risse,
wenn es gebogen wird. Insbesondere, wenn das Band mit dem Reifenmaterial
mit gewelltem Querschnitt kombiniert wird, entsteht beim Wickeln
in die Form einer Spirale im Scheitel der Wellung ein Riss und an
dieser Stelle bildet sich ein Zwischenraum, und aus diesem Grund
kann es möglicherweise
zu einer leichten Infiltration in Breitenrichtung oder in Wickelrichtung
der Spirale kommen.
- (3) Das expandierte Graphit-Band, welches nur durch Verpressen
der expandierten Graphit-Partikel gebildet wird, weist feine Zwischenräume auf,
aber seine Oberfläche
weist eine dichte Schicht expandierter Graphit-Partikel hoher Dichte
und hoher Orientierung auf. Daher ist es schwierig, es mit verschiedenen
Dichtmaterialien zu imprägnieren
oder zu beschichten, wie es bei der Anwendung von Asbestpapier gemacht wird.
Insbesondere hat die Oberfläche
des expandierten Graphit-Bandes beim Vorhandensein der oben genannten
dichten Schicht eine wasserabstoßende Eigenschaft, das Durchsickern
von Wasser ist nur gering, und es ist schwierig, die Dichtungseigenschaft
durch Imprägnieren
oder Abdecken mit Dichtmaterialien z.B. vom Wasserverteilungstyp
zu verbessern.
- (4) Ein Füllmaterial,
bei dem auch das zusätzliche
Abdichtmittel auf PTFE-Basis benutzt wird oder Kohlenstoff-Fasern beigemischt
sind, ist ein aufwendiges Material und der Herstellungsprozess ist
daher kompliziert, und wenn das zusätzliche Abdichtmittel auf PTFE-Basis
damit benutzt wird, verringert sich die Wärmebeständigkeit.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Umstände gemacht.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Füllmaterials
für eine
spiralförmig gewickelte
Dichtung, bei dem Flexibilität,
Biegeeigenschaft und Biegsamkeit deutlich erhöht sind, um die Produktivität zu steigern.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen eines Füllmaterials
für eine
spiralförmig
gewickelte Dichtung, bei der die Abdichteigenschaft deutlich verbessert
ist, auch bei einem Oberflächendruck,
der in einem Zustand geringer Schließkraft erzeugt wird.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen einer spiralförmig gewickelten
Dichtung unter Verwendung eines solchen Füllmaterials.
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Zur
Lösung
der obigen Aufgaben wird ein Füllmaterial
gemäß der Definition
in Anspruch 1 vorgesehen. In diesem Füllmaterial wird, da der dichte
Schichtbereich hoher Dichte vollständig entfernt ist, die Flexibilität verbessert,
eine flexible Biegeeigenschaft herbeigeführt, wodurch sich die Biegsamkeit
vergrößert und
die Biegebruchfestigkeit ebenfalls verbessert wird.
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In
der vorliegenden Erfindung werden die komprimierten Bestandteile
der inneren Schicht, die dicker sind als diejenigen der Oberflächenschicht,
unter der hochdichten Schicht des expandierten Graphit-Bandes angeordnet.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht nach der erneuten Feststellung,
dass eine Innenschicht mit dünnen
Freiräumen
(d.h. ein dünner
Zwischenraum) unter der hochdichten Schicht existiert.
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Gemäß der vorliegende
Erfindung,
- 1) wird die Oberflächenschicht
des expandierten Graphit-Bandes
entfernt, so dass das Gewicht z.B. um 0,5 Gew.% reduziert werden
kann, wodurch eine Innenschicht mit ausgezeichneter Flexibilität und Biegeeigenschaften
freigelegt wird. Daher kommt es im Wickelschritt beider Herstellung
der spiralförmig
gewickelten Dichtung auch im Fall der Ausbildung einer Biege-Verformung
im kleinen Bogen zwischen den Reifenmaterialien aus einem plattenförmigen Metallband,
zu keinem Riss, weshalb kein unerwünschter Raum zwischen den Reifenmaterialien
entstehen kann. Daraus ergibt sich, dass die vorliegende Erfindung
eine Undichte viel besser vermeiden kann, die durch die obigen Risse
und Räume
verursacht wird.
- 2) In der vorliegenden Erfindung wird eine Innenschicht, die
einen dünnen
Zwischenraum aufweist und die, im Vergleich zu einer hochdichten
Schicht, aus leicht verformbaren Graphit-Partikeln gemacht ist, als Oberflächenschicht
freigelegt. Daraus ergibt sich, dass die Anpasseigenschaften zwischen Innen-
und Außenflächen der
jeweils aneinanderliegenden Reifenmaterialien beträchtlich
gesteigert sind, wodurch die auf dem Reifenmaterial kontaktierte
Fläche
eine ohne Zwischenraum satt anliegende Berührungsfläche ist. Somit kann die vorliegende
Erfindung ein durch dünne,
an der Berührungsfläche mit
dem Reifenmaterial entstandene Zwischenräume, entstehendes Durchlecken
vermeiden.
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Ferner
kann, wenn ein Vorsprung in Längsrichtung
des Bandes kontinuierlich vorgesehen ist, die Dichte im Scheitel
der Wellenform vergrößert werden,
wenn das Reifenmaterial mit einem gewellten Querschnitt benutzt
wird, und es ist möglich,
das Entstehen eines Durchleckens in Wickelrichtung beim Wickeln
der spiralförmig
gewickelten Dichtung zu verhindern, wenn die spiralförmig gewickelte
Dichtung gebildet wird, und damit kann die Dichtungseigenschaft
noch weiter erhöht
werden.
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Die
spiralförmig
gewickelte Dichtung gemäß der Erfindung
wird gebildet durch übereinander
legen des obigen Füllmaterials
mit einem Reifenmaterial, bestehend aus einem plattenförmigen Metallband,
und Wickeln in Form einer Spirale.
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Da
diese spiralförmig
gewickelte Dichtung das Füllmaterial,
dessen verschiedene Eigenschaften verbessert wurden, benutzt, wenn
sie in die Form einer Spirale gewickelt wird, wird das Füllmaterial
nicht leicht beschädigt
und somit verbessert sich die Leistungsfähigkeit der Dichtung. Ferner
ist es leicht, das Füllmaterial in
die räumliche
Form eines Zwischenraums zwischen den Reifenmaterialien zu verformen,
das Füllmaterial wird
beim Biegen nicht leicht gespalten und es entsteht kein Zwischenraum
bzw. kann die Möglichkeit
der Entstehung eines Zwischenraums kann weitgehend reduziert werden,
und es ist möglich,
die Dichtungseigenschaft der spiralförmig gewickelten Dichtung insgesamt
deutlich zu verbessern. Wenn das Füllmaterial den Vorsprung aufweist,
ist es erwünscht,
dass das Verhältnis
Höhe zu
Breite des auf den einander gegenüberliegenden Seiten vorstehenden
Vorsprungs 1:10 beträgt.
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Ferner
kann die Form des Querschnitts des plattenförmigen Metallbands gewellt
sein. In diesem Fall ist es erwünscht,
dass die Vorder- bzw. Rückseite
des expandierten Graphit-Bandes,
von denen wenigstens ein Teil des hochdichten Bereichs entfernt
wurde, mit einem Wellental des plattenförmigen Metallbands in Berührung steht.
Die spiralförmig
gewickelte Dichtung kann einen Innendurchmesser von d1=72,6 mm,
einen Außendurchmesser
von d2=92,5 mm und eine Dicke von t1=14,5 mm aufweisen.
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Das
expandierte Graphit-Band kann mit einem Witterungsschutz (Dichtmaterial)
beschichtet oder imprägniert
werden. Als Witterungsschutz (Dichtmaterial) werden vorzugsweise
Polyethylenglykol, PTFE, Wachs, Siliconharz, -gummi und dergleichen
benutzt. Wenn das expandierte Graphit-Band mit dem Witterungsschutz
beschichtet oder imprägniert
wird, läßt sich
das Beschichten mit dem Witterungsschutz und das Abdichten der im
expandierten Graphit-Band existierenden dünnen Zwischenräume leicht
durchführen,
was wirksam zum Verbessern der Dichteigenschaft bei geringem Oberflächendruck
beiträgt.
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Wie
oben beschrieben, können
mit dem erfindungsgemäßen Füllmaterial
verschiedene Merkmale der Leistungsfähigkeit und Dichteigenschaft,
die erforderlich sind, wenn das expandierte Graphit-Füllmaterial
als Füllmaterial
für die
spiralförmig gewickelte
Dichtung statt Asbest benutzt wird, durch das extrem einfache Mittel,
also das Entfernen des hochdichten Teils, erheblich verbessert werden.
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Ferner
können
mit der erfindungsgemäßen, spiralförmig gewickelten
Dichtung bei Anwendung des Füllmaterials,
dessen verschiedene Merkmale verbessert wurden, nicht nur die Leistungsfähigkeit
sondern auch die Dichtfähigkeit
merklich verbessert werden.
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Die
obigen und noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
aufgrund der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
weiter offensichtlich.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines
Füllmaterials
für eine
spiralförmig
gewickelte Dichtung gemäß einer
Ausführungsform
1 der Erfindung;
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2 ist
eine perspektivische Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines
Füllmaterials
für eine
spiralförmig
gewickelte Dichtung gemäß einer
Ausführungsform
2 der Erfindung;
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3 ist
eine perspektivische Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines
Füllmaterials
für eine
spiralförmig
gewickelte Dichtung gemäß einer
Ausführungsform
3 der Erfindung;
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4 ist
eine perspektivische Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines
Füllmaterials
für eine
spiralförmig gewickelte
Dichtung gemäß einer
Ausführungsform
4 der Erfindung;
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5 ist
eine perspektivische Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines
Füllmaterials
für eine
spiralförmig
gewickelte Dichtung gemäß einem
Vergleichsbeispiel;
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6 ist
ein halb-vertikaler Querschnitt einer erfindungsgemäßen, spiralförmig gewickelten
Dichtung;
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7 ist
ein Diagramm zur Erklärung
eines Gasdichtigkeitstests bei Normaltemperatur;
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8 ist
ein Diagramm zum Darstellen des Ergebnisses des Gasdichtigkeitstests
bei Normaltemperatur;
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9 ist
ein Diagramm zum Erklären
des 90° Biegetests;
und
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10 ist
ein Diagramm zum Erklären
des Wickeltests.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen
erklärt.
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Jedes
der Füllmaterialien 1 für eine spiralförmig gewickelte
Dichtung gemäß Ausführungsformen 1, 2, 3 und 4,
gezeigt in den 1, 2, 3 und 4,
sowie gemäß einem
Vergleichsbeispiel, gezeigt in 5, wird
durch integrales Verpressen der expandierten Graphit-Partikel zu
einem bandförmigen
expandierten Graphit-Band 2 geformt. Eine Dicke t des expandierten
Graphit-Bandes 2 (die Dicke t wird in 1 gezeigt und
ist in den 2 bis 5 nicht
gezeigt) beträgt
0,83 mm. Das expandierte Graphit-Band 2 wird mit den folgenden
Behandlungen bearbeitet. Die Behandlung der Vorder- und Rückseite
des expandierten Graphit-Bandes 2, die an jeder der Ausführungsformen
und dem Vergleichsbeispiel durchgeführt wurde, wird nachstehend
erklärt.
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Ausführungsform 1:
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Wie
in 1 gezeigt wird, wird das expandierte Graphit-Band 2 gleichmäßig einer
Strahl-Behandlung unterzogen, so dass das Gewicht um 0,5 Gew.% verringert
wird und dadurch hochdichte Schichtbereiche entfernt werden. Die
Bezugsziffer 2A bezeichnet die vordere Oberfläche des
expandierten Graphit-Bandes 2.
Der hoch-dichte Schichtbereich auf der Rückseite 2B des expandierten
Graphit-Bandes bleibt wie er ist.
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Ausführungsform 2:
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Wie
in 2 gezeigt wird, wird das expandierte Graphit-Band 2 gleichmäßig einer
Strahl-Behandlung unterzogen, so dass das Gewicht insgesamt um 1
Gew.% verringert wird und die hochdichten Schichtbereiche sowohl
von der Vorderseite als auch von der Rückseite entfernt werden. Die
Bezugsziffern 2A und 2B bezeichnen die Vorderseite
bzw. die Rückseite
des expandierten Graphit-Bandes 2.
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Ausführungsform 3:
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Wie
in 3 gezeigt wird, wird das expandierte Graphit-Band 2 gleichmäßig einer
Strahl-Behandlung unterzogen so dass das Gewicht insgesamt um 1
Gew.% verringert wird und die hochdichten Schichtbereiche sowohl
von der Vorderseite als auch der Rückseite entfernt werden. Dann
werden als ein Beispiel für
den Witterungsschutz das Innere und sowohl die Vorder- als auch
die Rückseite 2A, 2B sowie
Zwischenräume
in deren Innerem mit 20 Gew.% Polyethylenglykol 3 imprägniert.
Anstatt Polyethylenglykol können
auch PTFE, Wachs, Siliconharz, -gummi und dergleichen als Witterungsschutz
(Dichtmaterial) benutzt werden.
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Ausführungsform 4:
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Unter
Verwendung des Füllmaterials 1 für die spiralförmig gewickelte
Dichtung in Ausführungsform
2, wird ein Vorsprung 4 mit einer Breite w von 1mm in einer
fortlaufenden Längsrichtung
auf einem der Breite nach mittleren Teil einer Vorderseite 2A des
expandierten Graphit-Bandes 2 gebildet, von dem die hochdichten Schichtbereiche
entfernt sind, wie in 4 gezeigt wird. Der Vorsprung 4 ist
um 0,1 mm höher
als die gegenüberliegenden
Seitenbereiche.
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Wie
in 5 gezeigt wird, sind die vordere Fläche 2A und
die hintere Fläche 2B des
expandierten Graphit-Bandes 2 nicht bearbeitet und die
hochdichten Schichtbereiche sind vorhanden.
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6 zeigt
eine Querschnittsstruktur einer spiralförmig gewickelten Dichtung W
(Probe). Diese spiralförmig
gewickelte Dichtung W wird gebildet durch übereinander legen des Füllmaterials 1 der
Ausführungsformen 1 bis 4 bzw.
des Vergleichsbeispiels mit dem plattenförmigen Metallband, welches
einen im wesentlichen V-förmigen
Querschnitt aufweist, genauer gesagt, das Ringmaterial 5 von
SUS 304 ist, und Wickeln desselben in eine Spiralform. Die spiralförmig gewickelte
Dichtung W weist einen Innendurchmesser von d1=72,6 mm, einen Außendurchmesser
von d2=92,5 mm und eine Dicke von t1=14,5 mm auf. Bei der Ausführungsform
1 ist die spiralförmig
gewickelte Dichtung W so gewickelt, dass die Fläche 2A, von der die
hochdichten Schichtbereiche durch die Strahl-Behandlung entfernt
sind, mit dem Wellental des Reifenmaterials 5 in Berührung steht.
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Ein
Gasdichtigkeitstest bei Normaltemperatur wurde für jede der spiralförmig gewickelten
Dichtungen W (Proben) durchgeführt
unter Verwendung des Füllmaterials 1 und
des Reifenmaterials 5 der Ausführungsformen 1 bis 4 und des
Vergleichsbeispiels.
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Wie
in 7 gezeigt wird, ist das Verfahren des Gasdichtigkeitstests
bei Normaltemperatur ein Verfahren zum Wiederholen der folgenden
drei Schritte:
(1) Ein Schritt zum Unter Druck setzen jeder
Probe W durch einen oberen und einen unteren Druckflansch 7, 7 mit
einem vorgegebenen Flächendruck
und Beibehalten des Druckzustands für drei Minuten; (2) Anwenden von
N2-Gas und Beibehalten dieses Zustands für fünf Minuten
und folgendes Messen der Ausleckmenge mit Hilfe der bekannten Seifenschichtbewegungsmethode;
und (3) Reduzieren des N2-Gasdrucks auf
Normaldruck und dann Erhöhen
des Flächendrucks
auf den nächsten
Standard-Flächendruck.
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Die
Ergebnisse des Gasdichtigkeitstests bei Normaltemperatur werden
in 8 gezeigt. Wie aus diesen Testergebnissen ersichtlich
ist, gibt es zwar keinen Unterschied bei den Dichteigenschaften
in der spiralförmig
gewickelten Dichtung unter Verwendung des Füllmaterials nach den Ausführungsformen
1 und 2, jedoch ist die Dichtwirkung höher als beim Vergleichsbeispiel.
Bei der spiralförmig
gewickelten Dichtung unter Verwendung des Füllmaterials der Ausführungsform
3 gibt es zwar keine merkliche Änderung
der Dichteigenschaft bei einem Oberflächendruck im Bereich 200 bis
800 kgf/cm2, jedoch zeigt sich eine ausgezeichnete Dichteigenschaft
bei einem geringen Flächendruck
von etwa 200 kgf/cm2. Hinsichtlich der spiralförmig gewickelten
Dichtung, die das Füllmaterial
der Ausführungsform
4 verwendet, gibt es zwar keine merkliche Verbesserung der Dichteigenschaft
bei einem Flächendruck
von 200 kgf/cm2, jedoch erkennt man eine
bemerkenswerte Dichtwirkung bei einem Befestigungs-Flächendruck
von 350 kgf/cm2 oder höher.
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Ein
90° Biegetest
wurde mit dem Füllmaterial
1 der
Ausführungsform
2, das eines der erfindungsgemäßen Materialien
ist, und mit den herkömmlichen
Materialien
1,
2,
3 und
4, durchgeführt, die
in Tabelle 1 gezeigt werden. Wie in
9 gezeigt
wird, ist der 90° Biegetest
ein Test zum Hin- und Herbiegen des Füllmaterials um jeweils 90° zur Dickenrichtung
nach beiden Seiten. Die Ergebnisse des 90° Biegetests werden in Tabelle
2 gezeigt. In Tabelle 2 ist ersichtlich, dass mit den herkömmlichen
Materialien
1 bis
4 die Probe maximal 12,2-mal
gebogen werden konnte, für
den Fall der vorliegenden Erfindung die Probe jedoch über 1000-mal gebogen werden
konnte, und somit letzteres hinsichtlich Flexibilität überlegen
ist. Tabelle
1
Tabelle
2
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Ferner
wurde ein Wickeltest, wie in
10 gezeigt,
mit Füllmaterial
1 der
Ausführungsform
2, welches ein erfindungsgemäßes Material
ist, und mit herkömmlichen
Materialien
3 und
4 durchgeführt, wie in Tabelle 1 gezeigt
wird. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt. Im Fall der herkömmlichen
Materialien war der kleinstmögliche
Wickelradius 4,5 mm während
beim erfindungsgemäßen Material
der kleinstmögliche
Wickelradius R mit 1,5 mm extrem klein war, und somit letzteres
ausgezeichnete Flexibilität
und flexible Biegeeigenschaften aufweist. Tabelle
3
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Das
Reifenmaterial 5 der spiralförmig gewickelten Dichtung W,
welche unter Verwendung des Füllmaterials 1 jeweils
der Ausbildungsformen 1 bis 4 gebildet wird, darf
nicht auf Materialien mit einem V-förmigen Querschnitt beschränkt werden,
wie er unter Bezugnahme auf 6 beschrieben
ist, sondern das Reifenmaterial 5 kann in eine gewellte
Form mit im wesentlichen W-förmigem
oder U-förmigem
Querschnitt oder auch in einer glatten Plattenform ausgebildet werden.