DE2604303A1 - Verfahren zur herstellung von dichtungsringen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von dichtungsringenInfo
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Description
Patentanwälte
Dipl.-ing. E. Ector
DIpL-Ing, K. Schfsschke
β München 40, Eiisi..jö„-i;.t:&öe34
Cyril Xavier Georges LATTI
F-92210 Saint-Cloud Frankreich
Verfahren zur Herstellung von Dichtungsringen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Dichtungsringen.
Pur unterschiedlic he Abdichtungszwecke gibt es eine große
Anzahl verschiedenartigster Dichtungsringe mehr oder weniger guter Wirkung. Pur die Abdichtung hydraulischer und pneumatischer
Antriebe haben sich am besten Ringe bewährt, die aus schräggeschnittenen Bändern eines vorher beschichteten Gewebes
hergestellt und dann zu einem V-Profil oder Dreiecks-Profil
formgepreßt werden. Derartige Dichtungsringe sind zwar sehr wirksam, ihre Herstellung ist jedoch kompliziert und
wirft zahlreiche. Probleme auf. Das Gewebe muß nämlich äußerst homogen beschichtet werden, um dem Ring die für gute mechanische
Eigenschaften und eine lange Lebensdauer erforderliche Kohäsionskraft zu verleihen.
Zudem erfordern die bisherigen Verfahren zur Herstellung derartiger Ringe einen hohen Materialaufwand für die Imprägnierung,
die Beschichtung und auch für das Zerschneiden der Gewebe. Häufig laufen auch die aus diesen Geweben zurechtgeschnittenen
Bänder Gefahr, quer zur Schnittlinie zu zerfasern.
609832/0886
ORIGINAL INSPECTED
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung derartiger Dichtungsringe zu schaffen,
welches auf einfache und kostensparende Weise eine homogene Beschichtung bzw. Imprägnierung des Gewebes ermöglicht
und keiner großflächigen Installationen und Vorrichtungen zu seiner Durchführung bedarf.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren nach der Erfindung gekennzeichnet durch Verwendung von Naturfäden und/oder
synthetischen Textilfaden als Ausgangsmaterial, durch Imprägnierung
der Fäden in einem Lösungsbad eines Elastomeren oder Piastomeren, durch Herstellung eines Rohbandes aus den imprägnierten
Fäden, Verbindung des Bandes zu einem Ring und anschließendes Formpressen.
Nach einem Merkmal des Verfahrens nach der Erfindung erfolgt
die Verbindung zu einem Ring unter Zusammenfassung mehrerer aneinander anliegender Bandlängen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das aus den
imprägnierten Fäden durch Flechten oder Weben hergestellte Rohband seinerseits mit einer mit dem Imprägnierungsmittel
der Fäden verträglichen Substanz imprägniert.
Darüber hinaus wird nach der Erfindung der prozentuale Anteil des Elastomeren oder Plastomeren an der Imprägnierlösung
derart gewählt, daß der fertige Dichtungsring in Flüssigkeiten je nach Verwendungszweck keine Quellung oder eine
bestimmte Quellung zeigt.
Da nach der Erfindung die Fäden einzeln imprägniert werden, erfahren sie eine gleichmäßige Beschichtung ihrer gesamten
Oberfläche durch das Elastomere oder Elastomere, d.h. es ergibt sich eine homogene Verteilung dieser Substanz in dem
aus den Fäden hergestellten Rohband.
— 3 —
609832/088S
Auf diese Weise ist das Imprägnieren des Bandes wie auch der Fäden sehr viel einfacher durchzuführen als das Imprägnieren
großflächiger Gewebe, und folglich sind die zu seiner Durchführung erforderlichen Installationen kleiner Bnd
kostensparend.
Da sich das Eohband genau entsprechend den Sollmaßen des gewünschten Dichtungsringes herstellen läßt, ist das Verfahren
sehr vielseitig anwendbar. Es lassen sich mit dem Verfahren nach der Erfindung Dichtungsringe verschiedenster Arten
herstellen, die nachfolgend anhand einzelner in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben werden.
In den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 einen gemäß dem Verfahren nach der Erfindung vorgeformten Dichtungsring vor seiner Formpressung;
Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine Sprengansicht eines spiralförmig gewickelten
Bandes zur Herstellung eines Ringes nach Fig. 1;
Fig. 4· einen Axialschnitt durch eineDichtungspackung
aus mehreren gemäß dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Eingen;
Fig. 5 einen Axialschnitt durch eine andere Dichtungspackung mit einem gemäß dem Verfahren nach der
Erfindung hergestellten Ring;
Fig. 6 eine Abdichtung eines hydraulischen Antriebes mittels gemäß dem Verfahren nach der Erfindung
hergestellter Ringe;
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Gemäß dem vorliegenden Verfahren verwendet man abhängig vom Verwendungszweck und je nach gewünschten Eigenschaften der
Dichtung als Ausgangsmaterial natürliche oder synthetische Textilfaden oder gar entsprechende Mschfäden, z.B. Fäden
aus Baumwolle, Asbest, Graphit, Polyamid* Polytetrafluoräthylen,
Metall oder dergleichen. Alle diese Fäden werden zunächst in einem Anlagerungsverfahren z.B. mit Isozyanaten
behandelt und dann mit einer Lösung eines Elastomeren oder Piastomeren oder eines Harzes imprägniert, die z.B. aus IJaturkautschuk,
Acrylnitril (Perbunan, Hycar etc.), Polychloropren, Polybutadien, einem fluorisierten Elastomeren oder Polytetrafluoräthylen,
in Faser- oder Harzform besteht. Die imprägnierten Flächen werden dann z.B. auf einer Flechtmaschine mit
Hängedüsen zu einem Eohband vorbestimmter Breite, Dicke, und Textur flach verflochten.
Hach einer anderen Ausführungsform der Erfindung werden die
Fäden auf einem Webstuhl zu einem schmalen Band verwebt.
Vorzugsweise wird das Eohband vor oder während seiner Verformung mit der gleichen Substanz imprägniert wie zuvor die Fäden
und wird zu diesem Zweck entweder durch ein Lösungsbad des Imprägniermittels gezogen oder gegebenenfalls mit der ungelösten
Substanz imprägniert.
Das Elastomere oder Plastomere macht vorzugsweise ca. 30 %
des Endproduktes aus. Sein prozentualer Anteil an der Imprägnierlösung wird derart gewählt, daß das Endprodukt in
Flüssigkeiten eine vorbestimmte Quellung zeigt, d.h. eine 0% Quellung oder eine bestimmte Quellung, die eine ausreichende
Druckfestigkeit und Dichtigkeit des Rings in praktischer
Anwendung gewährleistet. Der Imprägniermittellösung lassen sich auch Schmiermittel- und/oder Schutzmittel-Zusätze beimengen,
z.B. Graphit, Glimmer, Zinkoxid, eine Polytetrafluoräthylen-Dispersion oder dergleichen.
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Vorzugsweise werden mehrere Lagen des Bandes zusammengeklebt
und miteinander verbunden. Jede der Lagen kann aus einer einzelnen Bandlänge bestehen, wobei die einzelnen Längen längs
aneinandergelegt und miteinander verbunden werden.
Die einzelnen Lagen können aber auch aus einem einzigen Band bestehen, das z.B. balgartig gefaltet oder eingerollt wird.
Die miteinander verbundenen Lagen werden dann zu einem Ring formgepreßt.
Gemäß einer Ausführungsform werden mehrere Lagen eines Bandes
ohne Quellvermögen durch spiralförmiges Einrollen oder durch balgartiges Palten eines Bandes großer Länge oder durch einfaches
Übereinanderlegen einer bestimmten Anzahl gleicher
Bänder flach übereinander gelegt. Aus dem Gebilde der übereinanderliegenden Bandlagen wird dann der Dichtungsring in gewünschter
Form durch Formpressung unter Hitzeeinwirkung hergestellt. Häufig werden die Bänder vor der Formpressung, vorzugsweise
sogar vor ihrer Überlagerung, zu einem V-förmigen oder analogen Profil verformt, so daß der Dichtungsring allein oder gemeinsam
mit anderen entsprechend geformten Ringen verwendbar ist.
Fach einer anderen Ausführungsform werden mehrere Bandlagen
mit verhältnismäßig hohem Quellvermögen in Flüssigkeiten spiralförmig zu einem Zylinder eingerollt und dann zu einem
Ring mit rechteckigen Querschnitt verbunden. Ringe dieser Art eignen sich insbesondere zur Abdichtung zwischen Kolben und
Zylinder eines hydraulischen oder pneumatischen Antriebes. Da die Elastizität und das Quellvermögen des Dichtungsringes
Fabrikations- und Montageungenauigkeiten ausgleichen, können
die Umfangsnuten zur Aufnahme solcher Ringe am Kolben ohne
Einhaltung genauer Fabrikationstoleranzen auf einfache Weise
hergestellt werden.
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Nachstehend werden einige praktische Durchführungsbeispiele
für das Verfahren nach der Erfindung beschrieben:
Als Ausgangsmaterial werden Baumwollfäden 24/3 verwendet, die zunächst in einem Anlagerungsverfahren mit Isozyanaten
bis zu einem Imprägniergrad von 0,5 - 2 % behandelt werden. Anschließend werden diese Fäden zur Gummierung durch ein Bad
von in einem polaren Lösungsmittel gelöstem Fitrilkautschuk hindurchgezogen. Der prozentuale Anteil des Nitrilkautscbuks
an dieser Lösung wird derart gewählt, daß das Endmaterial nach erfolgter Formpressung keinerlei Quellvermögen hat.
Die auf diese Weise zu 8 - 10 % mit Kautschuk getränkten Fäden werden zu einem Band von 17 mm Breite und 1,5 mm Dicke
aus 62 Fäden mit JO Kreuzungen auf 10 cm verflochten, z.B. bis
zu einer Länge von 330 mm (Fig. 1 und 2).
Das erhaltene Band 1 wird spiralförmig derart gewickelt, daß sich die Lagen 2, 3» 4 höhenmäßig, d.h. in Richtung der Spiralachse
überlagern und gleichen Durchmesser haben. Die Windungslagen 2, 3» 4 werden miteinander verbunden und zu einem V-förmigen
Profil vorgeformt und dann für eine Dauer von 5 Minuten bei Einwirkung einer Temperatur von 150 C unter einem Druck
von 400 kg/cm formgepreßt. Der fertige Dichtungsring hat dann ein Sollmaß von 45x60 mm und wiegt 5 g·
Mehrere solcher Ringe 1 lassen sich zu einer Dichtungspackung frei ineinanderfügen, welche Drücken bis zu 1000 bar standzuhalten
vermag. Eine derartige Packung besteht aus einem oder mehreren Ringen 1 (im darge*ellten Beispiel aus einem Ring 1)
sowie einem oberen Ring 6 und einem unteren Ring 8, welche auf gleiche Weise wie vorstehend beschrieben aus einem Band
von 400 mm oder 500 mm Länge herstellbar sind.
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Ringe gleicher Form wie nach Beispiel I werden aus Polyamidfäden hergestellt, die ebenso zuerst in einem Anlagerungsverfahren
mit Isozyanaten behandelt und dann zur Gummierung durch ein Bad einer Lösung von Kopolimeren auf Akrylnitril-Basis
hindurchgezogen werden. Die imprägnierten Fäden werden dann zu einem Band von 13 mm Breite und 1,1 mm Dicke mit 50
Fäden und 22 Kreuzungen pro 10 cm verflochten. Anschließend wird das Band 10 seinerseits imprägniert, und zwar in der
gleichen Lösung wie zuvor die Fäden, und dann zu einem V-Profil vorgeformt. Dieses Band 10 mit V-förmigem Querschnitt wird
spiralförmig gewickelt (Fig. 3), so daß sich die Spiralwindungen 2, 3»' 4 ineinanderlagern und einander beaufschlagen,
analog den Bandlagen in Fig. 1. Die übereinanderliegenden Bandstärken werden dann zusammengefaßt und für eine Dauer
von 5 Minuten unter Einwirkung einer Temperatur von ca. 160 C unter einen Druck von 400 kg/cm formgepreßt. Der Anteil des
Akrylnitril am Kopolymeren in der Lösung wird derart gewählt, daß das Endprodukt 0% Quellvermögen hat.
Auf diese Weise lassen sich Dichtungsringe für eine Packung
mit Sollmaßen von 50 χ 65 mm herstellen.
Als Ausgangsmaterial werden Asbestfäden verwendet, die mit
einer Polytetrafluoräthylen-Dispersion imprägniert werden. Die Fäden werden dann zu einem Band von 24 mm Breite und 1,8 mm
Stärke mit 22 Kreuzungen pro 10 cm verflochten.
Es werden mehrere gleiche Bänder hergestellt und dann übereinandergelegt
und für eine Dauer von 15 Minuten bei Einwirkung einer Temperatur von 150 C unter 300 kg/cm formgepreßt.
Das Endprodukt wird dann eine Stunde lang bei 300° gesintert.
109832/0886
Der als Endprodukt erhältliche Ring besteht zu 20 % aus
Polytetrafluoräthylen und zu 80 % aus Asbest.
Aus Asbestfaden und reibungsminderndem, z.B. Antimonblei,
bestehenden Metallfaden läßt sich ein reibungsarmer Spezialring herstellen. Dabei werden 47 Asbestfaden 16/2 und 14 mit
reibungsminderndem Metall verstärkte Asbestfaden 10/10 zur Imprägnierung durch ein Bad einer Lösung aus Fitrilkautscb.uk
gezogen und dann zu einem Rohband verflochten, das dann seinerseits
in Nit.rilkautschuk getränkt wird, so daß das Band schließlich
zu65% aus Asbest, zu 15% aus reibungsarmem Metall und zu
20 % aus Fitrilkautschuk besteht. DasBand wird dann flach ausgelegt,
balgartig zu mehreren übereinanderliegenden Lagen gleicher Länge gefaltet,und die Falten werden zu einem im wesentlichen
rechteckigen Profil miteinander verbunden. Dieses Gebilde wird dann für eine Dauer von 15 Minuten unter Einwirkung
einer Temperatur von 150°C unter einem Druck von 400 kg/
ρ
cm formgepreßt.
cm formgepreßt.
Der erhaltene Eing hat ein Sollmaß von 89x100 und eine Höhe
von 4 mm. Seine Quellung beträgt 0%.
Aus einem behandelten und imprägnierten Textilfaden und einem Kautschukprofil 12 wird ein Verbundring hergestellt. Zu diesem
Zweck wird von Baumwollfäden ausgegangen, die zuvor nach einem Anlagerungsverfahren mit Isozyanaten behandelt, zur Gummierung
durch eine Nitrilkautschuklösung gezogen und dann zu einem
Band von 10,5 mm Breite und 1,3 μ Dicke auf eine Länge von
565 mm verflochten wurden. Dieses Rohband wird dann unter
Hitzeeinwirkung von 150 G unter einem Druck von 250 kg/cm
für die Dauer von einer Minute formgepreßt. Das erhaltene
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Gebilde 14 wird mit einem Wulstprofil 12 aus Nitrilkautsehuk
mit 80 Shorehärte verbunden (U1Ig. 5) und in dieser Verbindung
in einer Preßform unter einen Druck von 200 kg/cm bei 1500C
für eine Dauer von 5 Minuten vulkanisiert. Der hierbei erhältliche
Hing besteht zu 45% aus Textilfaser und zu 55% aus Kautschuk
.
Aus Baumwollfäden der Güte D, 120 tex, lasten sich auch quellende
Dichtungsringe herstellen. Die Baumwollfäden werden zunächst zur Imprägnierung durch ein Bad von in einem polaren
Lösungsmittel gelösten Kopolymeren auf Akrylnitril-Basis mit
einem Molekulargewicht 72 durchgezogen, wobei der prozentuale
Anteil des Akrylnitrils in der Lösung derart gewählt wird, daß die Endsubstanz in hydraulischen Arbeitsflüssigkeiten quellfähig
ist, und z.B. nach 24 Stunden bei 700O im Bezugsöl ASTM
eine Quellung von 5% zeigt. Die imprägnierten Fäden werden getrocknet und in einer Flechtmaschine mit Hängedüsen zu einem
Band von 12,5 mm Höhe und 1,5 mm Stärke mit im wesentlichen 4 Maschen pro 1 cm verflochten. Dieses Flechtband wird dann,
seinerseits mit der gleichen Lösung wie die Fäden imprägniert und zu diesem Zweck ebenfalls kontinuierlich durch ein Bad geführt.
Nach erfolgter Trocknung wird das imprägnierte Band zylinderförmig über mehrere Lagen, z.B. 4 Lagen, eingerollt und
die vier einander beaufschlagenden Lagen werden miteinander
verbunden und dann bei 160 C für die Dauer von 15 Minuten unter Druck von 600 Bar zu einem Zylinderblock formgepreßt.
Dieser Block wird dann auf gewünschte Höhe zu Dichtungsringen mit rechteckigem Querschnitt von z.B. 8 mm Höhe zugeschnitten.
Derartige Hinge haben sich als besonders geeignet für die Abdichtung
von hydraulischen oder pneumatischen Antrieben erwiesen. Zwei solcher Ringe (Fig. 6) lassen sich z.B. auf dem
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Kolben 20 eines einfachwirkenden hydraulischen Arbeitszylinders anbringen, der von einem Mineralöl bei einem Druck von
350 Bar betrieben wird und bei dessen Richtungsumkehr die
Temperatur bis auf 700G ansteigt. Jeder Ring wird in eine Umfangsnut
im Kolben 20 eingeführt, welche mit rechteckigem Querschnitt eine Höhe von 9 mm und eine Tiefe von 2,35 mm
besitzt.
Zwischen der freien Kante der Nut und dem Ring besteht nach erfolgter Montage zunächst noch ein ziemlich großes Spiel,
aber weniger Sekunden nach Ingangsetzung ist die Dichtigkeit vollkommen, da das Spiel zwischen dem Ring und der Nut durch
die Quellung des Ringes ausgeglichen wird.
Man hat einen auf diese Weise ausgerüsteten Arbeitskolben über eine Betriebsdauer von 2800 Stunden getestet, ohne daß
ein Leck oder gar ein Verschleiß des Rings oder des Zylinders festgestellt wurde.
Die gleiche absolute Dichtigkeit läßt sich auch für Kolben der städtischen Wasserversorgung erreichen, die bei 25 Bar
oder über einen Druckluftzylinder betätigt werden.
In allen Anwendungsbeispielen wird das Spiel zwischen Ring und Kolbennut durch Quellung des Rings in der Arbeitsflüssigkeit
ausgeglichen. Dadurch läßt sich der Kolben auf kostensparende Weise herstellen, da bei Herstellung der Nut keine
genauen Toleranzen eingehalten zu werden brauchen.
Grundsätzlich lassen sich auch andere Dichtungen mit dem Verfahren
nach der Erfindung herstellen. Die als Ausgangsmaterial dienenden Fäden sowie Art und Anteil des Imprägnierungsmittels
werden stets abhängig vom Verwendungszweck der Dichtung gewählt. Das Imprägnieren der Fäden bzw. geflochtenen und ge- webten
Bänder ist leicht durchzuführen und bedarf keiner großen oder sperrigen Installation und ist folglich kostensparend.
- 11 - 609832/0986
Im übrigen erreicht man gemäß dem Verfahren nach der Erfindung
eine sehr homogene Imprägnierung, die dem fertigen Dichtungsring optimale mechanische Eigenschaften und lange
Lebensdauer verleiht.-
Die Bänder, aus denen die Dichtungsringe geformt werden, lassen sich auch in großen Längen kontinuierlich herstellen, die
dann nach Bedarf zugeschnitten werden.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ist für den Fachmann ersichtlich,
daß das Verfahren nach der Erfindung eine Vereinfachung in der Herstellung von Dichtungsringen verbunden
mit geringen Kosten und großer Anpassungsfähigkeit an die verschiedenartigsten Verwendungszwecke ermöglicht.
«München 40, BisabethstreBeW
609832/0886
Claims (14)
- R'ni-■·..;■ V. ^dcsr λ»DIpI. · λ. ,. :., ..·;. ;>L-r-chke '£Paten t.a nsprüchei) Verfahren zur Herstellung von Diebtungsringen, gekennzeichnet durch Verwendung von Maturfäden und/oder synthetischen Textilfaden als Ausgangsmaterial» Imprägnierung der Fäden in einem Losungsbad eines Elastomeren oder Piastomeren, Herstellung eines Bandes aus den imprägnierten Fäden, Verbindung zu einem Ring und anschließendes Formpressen.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßdie Verbindung zu einem Ring unter Zusammenfassung mehrerer* aneinander anliegender Bandlagen erfolgt.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,daß das aus den Fäden hergestellte Band seinerseits mit einer mit dem Imprägniermittel der Fäden verträglichen Substanz imprägniert wird.
- 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Band durch Verflechten oder Verweben der imprägnierten Fäden hergestellt wird.
- 5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der prozentuale Anteil des Elastomeren oder Piastomeren in der Imprägnierlösung derart gewählt wird, daß das Endmaterial in Flüssigkeiten ein bestimmtes Quellvermögen "besitzt.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der prozenuale Anteil des Elastomeren oder Piastomeren in der Imprägnierlösung derart gewählt wird, daß das Quellvermögen des Endmaterials in Flüssigkeiten 0% beträgt.- 2 §09832/0886
- 7. Verfallren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß als textilfaden Fäden aus Baumwolle, Asbest, Graphit, Polyamid, Polytetrafluoräthylen, Metall oder auch Mischfäden verwendet "werden.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5) dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel eine Lösung von Kopolymeren auf Akrylnitril-Basis aus Naturkautschuk, Polychloropren, Polybutadien, einem fluorisiertem Elastomeren und PoIytetrafluoräthylen in Faser- oder Harzform ist.
- 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel einen Schmiermittel- und/oder Schutzmittel-Zusatz wie Glimmer, Graphit, Zinkoxid oder dergleichen enthält.
- 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandlängen flach übereinander gelegt und vor der Formpressung zu einem V-Profil vorgeformt werden.
- 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-9» dadurch gekennzeichnet, daß die Bandlängen zu einem V-Profil vorgeformt und dann übereinandergelegt und schließlich unter Druck miteinander verbunden werden.
- 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder durch spiralförmiges Einrollen oder balgartiges Falten in mehreren Lagen übereinandergelegt werden.
- 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 - 9> dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Längen eines Bandes mit einem bestimmten Quellvermögen in Flüssigkeiten spiralförmig zu einem Zylinder eingerollt und unter Druck zu einem Ringblock mit rechteckigem Querschnitt verformt werden.- 3 β09832/088θ
- 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel 10 - 40 % des Endproduktes ausmacht.PatentanwälteDIpI.-Ing. E. EderDlpl.-lng. K. Schisschke8 München 40, ElisduSthstraBe34609832/0SS61SLeerseite
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