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Dokumentenidentifikation DE10122094A1 19.12.2002
Titel Stopfbuchspackung und Verfahren zu ihrer Herstellung
Anmelder Carl Freudenberg KG, 69469 Weinheim, DE
Erfinder Klenk, Thomas, Dipl.-Ing., 69214 Eppelheim, DE;
Liedtke, Ulrich, Dipl.-Chem., 69514 Laudenbach, DE;
Schultz, Frank, Dipl.-Ing., 68163 Mannheim, Co. Wicklow, DE;
Vogel, Ralf, Dipl.-Ing., Blessington, Co. Wicklow, IE
DE-Anmeldedatum 07.05.2001
DE-Aktenzeichen 10122094
Offenlegungstag 19.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.12.2002
IPC-Hauptklasse F16J 15/24
Zusammenfassung 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.

Beschreibung[de]

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-Garne 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 Reibmomenten und geringer Leckage hat. Als textiles Flächengebilde kann bei dieser Stopfbuchspackung auch ein Vliesstoff eingesetzt werden, der mit PTFE getränkt ist. Das Herstellverfahren 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 Vliesstoffband besteht. Anstelle der axial übereinander gestapelten und zusammengepressten Ringscheiben wird nach der Erfindung folglich ein Vliesstoffband benutzt, welches in radialer Richtung zu mehreren Lagen gewickelt wird und dann verpresst 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 Vliesstoffbänder 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 Dichtelement 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 Porösität 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 Porösität. 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 Vliesstoffes 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 verpresst 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 Verdichtungsgrad einige Sekunden bis zu 2 min. Höhere Pressdrücke führen in der Regel zu sehr harten Dichtelementen, die beim späteren Einbau im Stopfbuchsraum sehr hohe Stopfbuchsbrillenkräfte zur Abdichtung erfordern.

Bei besonderen Einsatzfällen hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass das verpresste 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 Verpresseinrichtung 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 Vliesstoffband. 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 seitliches 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 Figur 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 Figur 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.


Anspruch[de]
  1. 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. 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. 3. Stopfbuchspackung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittkanten (12, 13) mit auslaufenden Schrägen versehen sind.
  4. 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. 5. Stopfbuchspackung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Bindung des Vliesstoffs durch Wasserstrahlverfestigung durchgeführt ist.
  6. 6. Stopfbuchspackung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vlies durch Nadeln mechanisch verfestigt wurde.
  7. 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 gekennzeichnet, 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. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Aramidfasern sind.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vliese aus weiteren Fasern oder Fasermischungen aus Polyimid (PI), Polybenzinidazol (PBI), Polyester (PES), Glasfasern (GF) oder Aramidfasern (AF) bestehen.
  10. 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. 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. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkstoff aus einer Fett-Graphit-Mischung mit weiteren Füllstoffen besteht.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Wirkstoff vorzugsweise aus elastomerem Bindemittel mit Füllstoffen besteht.
  14. 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. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressdruck in der Presseinrichtung 5 bis 50 MPa beträgt.
  16. 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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