EP1386101A1 - Stopfbuchspackung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Stopfbuchspackung und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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- EP1386101A1 EP1386101A1 EP02722205A EP02722205A EP1386101A1 EP 1386101 A1 EP1386101 A1 EP 1386101A1 EP 02722205 A EP02722205 A EP 02722205A EP 02722205 A EP02722205 A EP 02722205A EP 1386101 A1 EP1386101 A1 EP 1386101A1
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
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Definitions
- the invention relates to a stuffing box packing made of a nonwoven fabric impregnated with an active ingredient, in particular PTFE, as a press-in sealing element in an annular gap between a stationary and a moving machine part, and a method for producing such a stuffing box packing.
- an active ingredient in particular PTFE
- Stuffing boxes often consist of special cord or braid rings, extruded rings or pressed rings.
- Graphite, PTFE, fiber materials, carbon, metal or corresponding combinations thereof are mostly used as packing materials.
- the fiber materials can also be provided with special impregnations.
- PTFE has established itself as a material for stuffing box packings that require high chemical resistance in combination with good sealing and friction properties at high temperatures.
- the production of the PTFE stuffing box packing is relatively complex, especially when PTFE game is braided into a packing strand.
- the invention has for its object to provide a stuffing box packing which has a high sealing behavior with very good friction properties.
- the sealing element consists of at least two radially wrapped and compressed layers of a nonwoven fabric impregnated with the active ingredient.
- a nonwoven band is consequently used according to the invention, which is wound into several layers in the radial direction and then pressed.
- the beginning of the winding of the first layer and the end of the winding of the last layer of the nonwoven tape lie one above the other with their cut edges, so that no thickening or the like occurs in the finished pressed sealing element. It is particularly advantageous if the cut edges are provided with sloping edges and in this way a uniform thickness is already present on the entire circumference of the sealing element during the winding process.
- the number of layers can vary from a minimum of 2 to a maximum of 200.
- the nonwoven fabric has a high degree of openness and porosity.
- the nonwoven is a mechanically bonded nonwoven made of aramid fibers, with a fiber length of 3 to 20 mm and a basis weight of 20 to 200 g / m 2 .
- the short fiber length leads to strong porosity.
- the aramid fibers are particularly suitable for use at high temperatures.
- the nonwoven fabric is bound mechanically, eg by hydroentangling or needles. Mechanical strengthening is important in that, in contrast to a chemical bond, it has high stability even at high temperatures.
- a method is used in which a mechanically bonded nonwoven web made of fibers with a fiber length of 3 to 100 mm with an active ingredient impregnated and then dried and then cut into individual cut nonwoven strips, the width of which is 1.5 to 5 times the predetermined height of the sealing element and in which the nonwoven strips are individually wound onto a mandrel and pressed to the sealing element in a pressing device become.
- the width of the nonwoven strips depends on the later circumstances, in particular on the hardness of the sealing element of the stuffing box packing.
- the pressing pressure in the pressing device also depends on this. The higher the desired hardness of the sealing element, the higher the pressure is chosen and the larger the width of the nonwoven strips.
- the nonwoven web itself has a thickness of ⁇ 2.5 mm, preferably from 0.5 to 1.25 mm.
- the length of time in the impregnation bath depends on the desired degree of impregnation and the active ingredient used.
- the active ingredient preferably consists of an aqueous PTFE dispersion or an aqueous PTFE dispersion with fillers.
- the impregnated nonwoven web is preferably dried in a continuous oven at a temperature of about 30 to 300.degree.
- the nonwoven web is usually soaked to the maximum degree of saturation, ie up to approximately 95-98% active ingredient.
- the impregnation can be partially pressed out of the nonwoven web in a downstream stripping section between two rollers.
- the axial pressing pressure in the pressing device is 5 to 50 MPa. Tests have shown that this pressure leads to a good internal compression of the packing material and at the same time good material-related cohesion of the impregnated nonwoven strips is achieved. Depending on the desired degree of compaction, the pressing time is a few seconds up to 2 min. Higher compression pressures generally lead to very hard sealing elements, which require very high stuffing box forces for sealing when later being installed in the stuffing box.
- the pressed sealing element is subjected to a sintering treatment at elevated temperature and pressure.
- Fig. 2 shows the sealing element of FIG. 1 in cross section
- Fig. 3 shows the pressing device with inserted sealing element in section.
- the sealing element 1 serving as a stuffing box packing is shown in plan view.
- the sealing element 1 consists of three layers 2, 3 and 4, which are wound radially around one another, from a nonwoven web impregnated with an active ingredient.
- the start of winding 10 of the first layer 2 and the end of winding 11 of the last layer 4 of the nonwoven web lie with their cut edges 12 and 13 one above the other.
- the cut edges 12 and 13 are provided with sloping edges.
- 14 shows a sectional area through the sealing element 1.
- the sealing element 1 is divided in the axial direction in order to facilitate its lateral attachment to the shaft to be sealed, in which the sealing element 1 can be bent apart here.
- FIG. 2 shows a cross section through the sealing element 1 according to AA of FIG. 1.
- the individual layers 2 to 4 are visible in their radial alignment.
- 3 shows the pressing device 20 in which the impregnated, prepared sealing element 1 is pressed.
- the pressing device 20 consists of the die 21 with the core 22 and the jacket 23 and the punch 24.
- the sealing element 1 consisting of layers 2 to 8 is inserted in the present case , as shown on the left side of the figure.
- the stamp 24 is pressed axially into the opening 25. This results in the sealing element 1 being compressed, as shown on the right-hand side of the figure.
- the axial pressure causes the inner layer 2 and the outer layer 8 of the sealing element 1 to have a particularly smooth structure on their inner and outer surfaces. This is important for the subsequent sealing process as a stuffing box packing. At the same time, as is shown in the drawing by the zigzag-shaped configuration of the layers 3 to 7, good interlocking of the layers with one another is achieved.
- the sealing element 1 is removed from the pressing device 20 and can be used as a stuffing box packing.
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Abstract
Stopfbuchspackung aus einem mit einem Wirkstoff, insbesondere PTFE, getränkten Vliesstoff als einpressbares Dichtelement in Ringspalte zwischen einem feststehenden und einem bewegten Maschinenteil, wobei das Dichtelement (1) aus wenigstens zwei radial umeinandergewickelten und zusammengepressten Lagen aus einem mit dem Wirkstoff getränkten Vliesstoffband besteht.
Description
Anmelderin: Firma Carl Freudenberg, 69469 Weinheim, DE
Stopfbuchspackung und Verfahren zu ihrer Herstellung
Beschreibung
Die Erfindung befasst sich mit einer Stopfbuchspackung aus einem mit einem Wirkstoff, insbesondere PTFE, getränkten Vliesstoff als einpressbares Dichtelement in Ringspalte zwischen einem feststehenden und einem bewegten Maschinenteil sowie einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Stopfbuchspackung.
Stopfbuchspackungen bestehen häufig aus speziellen Schnur- oder Geflechtringen, extrudierten Ringen oder gepressten Ringen. Als Packungswerkstoffe werden meist Graphit, PTFE, Faserwerkstoffe, Kohle, Metall oder entsprechende Kombinationen daraus verwendet. Die Faserwerkstoffe können auch mit speziellen Imprägnierungen versehen sein. Bei Stopfbuchspackungen, bei denen eine hohe chemische Beständigkeit in Kombination mit guten Abdicht- sowie Reibeigenschaften bei hohen Temperaturen gefordert wird, hat sich PTFE als Werkstoff etabliert. Die Herstellung der PTFE-Stopfbuchspackung ist jedoch relative aufwendig, insbesondere dann, wenn PTFE-Game zu einem Packungsstrang geflochten werden.
Stand der Technik
Durch die DE 44 23 043 C2 ist es bekannt, Stopfbuchspackungen aus Ringscheiben zu bilden, die aus kompressiblen Textilbahnen ausgeschnitten sind und mit einem Wirkstoff aus beispielsweise PTFE-Feststoffteilchen getränkt sind. Die Ringscheiben werden nach ihrer Tränkung bei einer Temperatur von etwa 105 °C getrocknet und dann in einer Presseinrichtung zu einem Dichtkörper zusammengepresst. Auf diese Weise wird eine Stopfbuchspackung erreicht, die eine hohe thermische Belastbarkeit bei niedrigen Reib- momenten und geringer Leckage hat. Als textiles Flächengebilde kann bei dieser Stopfbuchspackung auch ein Vliesstoff eingesetzt werden, der mit PTFE getränkt ist. Das Herstell verfahren ist insofern unwirtschaftlich, als beim Ausstanzen der Ringscheiben erheblicher Abfall entsteht. Auch die durch das Übereinanderlegen der einzelnen Ringscheiben entstehenden horizontalen Schichtebenen führen zu einer nicht gleichmäßigen Dichtfläche zwischen der Stopfbuchspackung und der zugehörigen Welle.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stopfbuchspackung zu schaffen, die ein hohes Abdichtverhalten bei sehr guten Reibeigenschaften aufweist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe wird bei einer Stopfbuchspackung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Dichtelement aus wenigstens zwei radial umeinandergewickelten und zusammengepressten Lagen aus einem mit dem Wirkstoff getränkten Vliesstoff band besteht. Anstelle der axial übereinander gestapelten und zusammengepressten Ringscheiben wird nach der Erfindung folglich ein Vliesstoff band benutzt,
welches in radialer Richtung zu mehreren Lagen gewickelt wird und dann ver- presst wird. Bei dieser Anordnung des Vliesstoffbandes in radialen Lagen wird bei dem Verpressvorgang eine sehr gute innere Verdichtung des Packungsmaterials erreicht, bei gleichzeitig gutem Verhaken der imprägnierten Vlies- stoffbänder untereinander. Auch wurde festgestellt, dass bei der Verpressung die im Vliesstoffband inkorporierte Wirkstoffimprägnierung teilweise an die Oberflächen des Dichtelements gedrückt wird, so dass dort die Anhäufung der Wirkstoffimprägnierung zu einer besonders glatten Oberfläche führt. Hieraus resultiert eine besonders ebene und unstrukturierte Dichtfläche mit besten Abdicht- und Reibeigenschaften.
Bei der Durchführung der Erfindung ist es günstig, wenn der Wickelanfang der ersten Lage und das Wickelende der letzten Lage des Vliesbandes mit ihren Schnittkanten übereinander liegen, so dass beim fertig verpressten Dichtele- ment keine Verdickungen oder dergleichen auftreten. Dabei ist es besonders günstig, wenn die Schnittkanten mit auslaufenden Schrägen versehen sind und auf diese Weise schon beim Wickelvorgang eine gleichmäßige Dicke auf dem gesamten Umfang des Dichtelements vorhanden ist. Die Anzahl der Lagen kann zwischen mindestens 2 bis maximal 200 variieren.
Um eine möglichst hohe Aufnahme für den eingefügten Wirkstoff zu erreichen, ist es günstig, wenn der Vliesstoff eine hohe Offenheit und Porosität hat. Dieses wird dadurch erreicht, dass der Vliesstoff ein mechanisch gebundener Vliesstoff aus Aramidfasern ist, mit einer Faserlänge vom 3 bis 20 mm und einem Flächengewicht von 20 bis 200 g/m2. Die kurze Faserlänge führt hierbei zu einer starken Porosität. Die Aramidfasern eignen sich besonders bei einem Einsatz bei hohen Temperaturen. Möglich ist aber auch, anstelle der Aramidfasern verschiedene Fasern oder Fasermischungen, z.B. hochfeste und für Hochtemperaturanwendungen geeignete, einzusetzen. Die Bindung des Vlies- Stoffes erfolgt mechanisch, z.B. durch Wasserstrahlverfestigung oder Nadeln.
Die mechanische Verfestigung ist insofern von Bedeutung, als sie im Gegensatz zu einer chemischen Bindung eine hohe Stabilität auch bei hohen Temperaturen hat.
Zur Herstellung der Stopfbuchspackung aus einem mit einem Wirkstoff, insbesondere PTFE, getränkten Vliesstoff als Dichtelement in Ringspalte zwischen einem feststehenden und einem bewegten Maschinenteil wird ein Verfahren benutzt, bei dem eine mechanisch gebundene Vliesstoffbahn aus Fasern mit einer Faserlänge von 3 bis 100 mm mit einem Wirkstoff imprägniert und anschließend getrocknet und sodann in einzelne abgelängte Vliesstoffbänder geschnitten wird, deren Breite das 1 ,5- bis 5-fache der vorbestimmten Höhe des Dichtelements beträgt und bei dem die Vliesstoffbänder einzeln auf einen Dorn aufgewickelt und zu dem Dichtelement in einer Presseinrichtung ver- presst werden. Die Breite der Vliesstoffbänder richtet sich nach den späteren Gegebenheiten, insbesondere danach, welche Härte das Dichtelement der Stopfbuchspackung haben soll. Hiervon abhängig ist auch der Verpressdruck in der Presseinrichtung. Je höher die gewünschte Härte des Dichtelements, umso höher wird der Pressdruck gewählt und umso größer die Breite der Vliesstoffbänder.
Die Vliesstoffbahn selbst hat eine Dicke < 2,5 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 1 ,25 mm. Die Verweildauer im Imprägnierbad ist abhängig vom gewünschten Imprägniergrad und dem eingesetzten Wirkstoff. Bevorzugt besteht der Wirkstoff aus einer wässrigen PTFE-Dispersion oder einer wässrigen PTFE- Dispersion mit Füllstoffen.
Um das Austropfen der Imprägnierung zu vermeiden, wird bevorzugt die Trocknung der imprägnierten Vliesstoffbahn in einem Durchlaufofen bei einer Temperatur von etwa 30 bis 300°C durchgeführt.
Üblicherweise wird die Vliesstoffbahn bis zum maximalen Sättigungsgrad getränkt, das heißt bis ungefähr 95 - 98 % Wirkstoffanteil. Es ist aber auch möglich, zum Beispiel aus Gründen der Standfestigkeit gegenüber der Abdichteigenschaft, dass ein höherer Faseranteil im Dichtelement erwünscht ist. Um dieses zu erreichen und um auch eine besonders gute Verteilung des Wirkstoffs in der Vliesstoffbahn zu erzielen, kann in einer nachgeschalteten Abstreifstrecke, zwischen zwei Walzen, die Imprägnierung wieder teilweise aus der Vliesstoffbahn herausgedrückt werden.
Der axiale Pressdruck in der Presseinrichtung beträgt 5 bis 50 MPa. Durch Versuche konnte festgestellt werden, dass dieser Pressdruck zu einer guten inneren Verdichtung des Packungsmaterials führt und gleichzeitig ein guter werkstoffmäßiger Zusammenhalt der imprägnierten Vliesstoffbänder untereinander erreicht wird. Die Pressdauer beträgt je nach gewünschtem Verdich- tungsgrad einige Sekunden bis zu 2 min. Höhere Pressdrücke führen in der Regel zu sehr harten Dichtelementen, die beim späteren Einbau im Stopfbuchsraum sehr hohe Stopfbuchsbπllenkräfte zur Abdichtung erfordern.
Bei besonderen Einsatzfällen hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das ver- presste Dichtelement einer Sinterbehandlung bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck unterzogen wird. Darüber hinaus ist es möglich, das Dichtelement gegebenenfalls mit Schmierstoff zu tränken, um ein verbessertes Reibverhalten zu erzielen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der beiliegenden Zeichnung ist das Dichtelement sowie die Verpressein- richtung zu seiner Herstellung gezeigt.
Es zeigt
Fig. 1 ein Dichtelement in der Draufsicht,
Fig. 2 das Dichtelement nach Fig. 1 im Querschnitt und
Fig. 3 die Verpresseinrichtung mit eingelegtem Dichtelement im Schnitt.
Ausführung der Erfindung
In der Fig. 1 ist das als Stopfbuchspackung dienende Dichtelement 1 in der Draufsicht dargestellt. Das Dichtelement 1 besteht aus drei radial umeinander gewickelten Lagen 2, 3 und 4 aus einem mit einem Wirkstoff getränkten Vlies- stoffband. Der Wickelanfang 10 der ersten Lage 2 und das Wickelende 11 der letzten Lage 4 des Vliesstoffbandes liegen mit ihren Schnittkanten 12 und 13 übereinander. Die Schnittkanten 12 und 13 sind mit auslaufenden Schrägen versehen. Mit 14 ist eine Schnittfläche durch das Dichtelement 1 angezeigt. An dieser Stelle ist das Dichtelement 1 in axialer Richtung durchteilt, um sein seit- liches Aufstecken auf die abzudichtende Welle zu erleichtern, in dem das Dichtelement 1 hier auseinander gebogen werden kann.
Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Dichtelement 1 gemäß A-A der Fig. 1. Sichtbar sind die einzelnen Lagen 2 bis 4 in ihrer radialen Ausrichtung.
Die Fig. 3 zeigt die Presseinrichtung 20, in der das imprägnierte, vorbereitete Dichtelement 1 verpresst wird. Die Presseinrichtung 20 besteht aus der Matrize 21 mit dem Kern 22 und dem Mantel 23 sowie dem Stempel 24. In den Raum 25, zwischen dem Kern 22 und dem Mantel 23, wird das im vorliegenden Fall aus den Lagen 2 bis 8 bestehende Dichtelement 1 eingefügt, wie auf der linken Seite der Fig. eingezeichnet. Danach wird der Stempel 24, wie mit den Pfeilen 26 und 27 angedeutet, axial in die Öffnung 25 hineindrückt. Dies hat ein Zusammendrücken des Dichtelements 1 zur Folge, wie auf der rechten Seite der Fig. gezeigt. Die axiale Pressung bewirkt, dass die innere Lage 2 und die äußere Lage 8 des Dichtelements 1 auf ihrer Innen- beziehungsweise Außenfläche eine besonders glatte Struktur erhalten. Dies ist für den späteren Abdichtvorgang als Stopfbuchspackung von Bedeutung. Gleichzeitig werden, wie in der Zeichnung durch die zickzackförmige Ausgestaltung der Lagen 3 bis 7 angezeigt, ein gutes Verhaken der Lagen untereinander erreicht. Nach dem Verpressvorgang wird das Dichtelement 1 der Presseinrichtung 20 entnommen und kann seiner Verwendung als Stopfbuchspackung zugeführt werden.
Claims
1. Stopfbuchspackung aus einem mit einem Wirkstoff, insbesondere PTFE, getränkten Vliesstoff als einpressbares Dichtelement in Ringspalte zwischen einem feststehenden und einem bewegten Maschinenteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (1 ) aus wenigstens zwei radial umeinandergewickelten und zusammengepressten Lagen aus einem mit dem Wirkstoff getränkten Vliesstoffband besteht.
2. Stopfbuchspackung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wickelanfang (10) der ersten Lage (2) und das Wickelende (11 ) der letzten Lage (4) der Vliesstoffbahn mit ihren Schnittkanten (12, 13) übereinanderliegen.
3. Stopfbuchspackung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittkanten (12, 13) mit auslaufenden Schrägen versehen sind.
4. Stopfbuchspackung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff ein mechanisch gebundener Vliesstoff mit einer Faserlänge von 3 bis 100 mm, insbesondere von 3 bis 20 mm, und einem Flächengewicht von 20 bis 200 g/m2 ist.
5. Stopfbuchspackung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bindung des Vliesstoffs durch Wasserstrahlverfestigung durchgeführt ist.
6. Stopfbuchspackung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies durch Nadeln mechanisch verfestigt wurde.
7. Verfahren zur Herstellung einer Stopfbuchspackung aus einem mit einem Wirkstoff, insbesondere PTFE, getränkten Vliesstoff als Dichtelement in Ringspalte zwischen einem feststehenden und einem bewegten Maschinenteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeich- net, dass eine mechanisch gebundene Vliesstoffbahn aus Fasern mit einer Faserlänge von 3 bis 100 mm, insbesondere von 3 bis 20 mm, mit einem Wirkstoff imprägniert und anschließend getrocknet und sodann in einzelne abgelängte Vliesstoffbänder geschnitten wird, deren Breite das 1 ,5- bis 5-fache der vorbestimmten Höhe des Dichtelements beträgt und dass die Vliesstoffbänder einzeln auf einen Dorn aufgewickelt und zu dem Dichtelement (1 ) in einer Presseinrichtung (20) verpresst werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Aramidfasern sind.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliese aus weiteren Fasern oder Fasermischungen aus Polyimid (Pl), Poly- benzinidazol (PBI), Polyester (PES), Glasfasern (GF) oder Aramidfasern (AF) bestehen.
10. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliesstoffbahn eine Dicke von < 2,5 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 1 ,25 mm, hat.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkstoff aus einer wässrigen PTFE-Dispersion oder aus einer wässrigen PTFE-Dispersion mit Füllstoffen besteht.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkstoff aus einer Fett-Graphit-Mischung mit weiteren Füllstoffen besteht.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkstoff vorzugsweise aus elastomerem Bindemittel mit Füllstoffen besteht.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung der imprägnierten Vliesstoffbahn in einem Durchlaufofen bei einer Temperatur von 30 bis 300°C erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressdruck in der Presseinrichtung 5 bis 50 MPa beträgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das verpresste Dichtelement einer Sinterbehandlung bzw. Vernetzung bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck unterzogen wird.
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