DE60207595T2

DE60207595T2 - Stopfbuchsendichtung und dieselbe aufweisende Dichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60207595T2
Application number: DE60207595T
Authority: DE
Inventors: Makoto Gojo-shi ISHIDA
Original assignee: Nippon Valqua Industries Ltd; Nihon Valqua Kogyo KK
Current assignee: Nippon Valqua Industries Ltd; Nihon Valqua Kogyo KK
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: JP2003097719A; DE60207595D1; EP1436534B1; EP1436534A1; WO2003027546A1; US20040251635A1; US7011312B2; JP4958350B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stopfbuchsendichtung und eine dieselbe aufweisende Dichtungsvorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Stopfbuchsendichtung und eine dieselbe aufweisende Dichtungsvorrichtung, wobei die Stopfbuchsendichtung zum Beispiel in einer Stopfbuchse vorgesehen ist und wirksam wie zum Beispiel eine Stange in dieser Stopfbuchse abdichten kann.
Genauer ausgedrückt, betrifft die vorliegende Erfindung eine Stopfbuchsendichtung und eine dieselbe aufweisende Dichtungsvorrichtung, wobei die Stopfbuchsendichtung bewegliche Teile wie zum Beispiel Drehkolbenpumpen, Ventile, Rührwerke und Hubkolbenpumpen abdichten kann und wirksam ist, wenn sie zum Anpassen an verschiedene Bewegungseigenschaften und alle der zum Abdichten erforderlichen Eigenschaften wie zum Beispiel einer Stange verwendet wird.
HINTERGRUNDTECHNIK
Hinsichtlich einer Stopfbuchsendichtung, die in einer Stopfbuchse vorgesehen ist und die wie beispielsweise eine Stange in der Stopfbuchse und die Innenwandflächen der Stopfbuchse abdichtet, ist die Querschnittsform derselben bisher allgemein ein Rechteck (quadratisch oder länglich), ein Parallelogramm oder ein Trapez mit einem rechten Winkel gewesen, und es ist allgemein bekannt gewesen, dass mindestens zwei der Stopfbuchsendichtungen dicht aneinander befestigt, übereinander gestapelt und anschließend verwendet werden.
Konventionelle Stopfbuchsendichtungen bergen jedoch zahlreiche Probleme. Wenn zum Beispiel mindestens zwei Stopfbuchsendichtungen, deren Querschnittsformen die oben genannten Rechtecke sind, übereinander gestapelt und zu einer Stange installiert werden, treten Probleme auf wie zum Beispiel: es erfolgt eine große Zerstreuung der Dehnung und Verformung der Stopfbuchsendichtungen in den vertikalen Richtungen (im Folgenden als "in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers" bezeichnet) aufgrund des Einspannflächendrucks des Dichtungshalters; und die übermäßig eingespannten Teile und locker eingespannten Teile liegen einfach gemeinsam vor. Deshalb wird der Einspannflächendruck des Dichtungshalters unvermeidbar übermäßig erhöht. Dadurch entsteht der Nachteil einer Erhöhung des Bewegungswiderstands und erforderlichen Drehmoments der Stange, oder es tritt ein solcher Fehler auf, dass: die Stopfbuchsendichtungsmaterialien in eine Öffnung auf der Stangenseite geschoben werden und anschließend hervorstehen; und folglich die Senkung der Dichtungsleistung (Dichtungsvermögen) und das Auslaufen umschlossener Materialien verursacht werden.
Dementsprechend wird ein Versuch zum Vereinfachen der Dehnung und Verformung der Stopfbuchsendichtung und zum Senken des Einspannflächendrucks des Dichtungshalters unternommen, indem die Dichte der verwendeten Stopfbuchsendichtung vergleichsweise gesenkt wird (nämlich, Erweichung der Stopfbuchsendichtung). Aufgrund des Merkmals, dass das Dehnungs- und Verformungsausmaß in den Richtung des Innen- und Außendurchmessers der vorgenannten Stopfbuchsendichtung niedriger Dichte kleiner als das Kompressions- und Verformungsausmaß in der Einspannungsrichtung des Dichtungshalters ist, war es jedoch erforderlich, den Einspannflächendruck des Dichtungshalters schließlich weiter zu erhöhen, so dass die Stange ausreichend abgedichtet werden würde. Da außerdem der Formänderungsanteil (Verformungsausmaß) der vorgenannten Stopfbuchsendichtung niedriger Dichte groß ist, kann die zum Abdichten der Stange benötigte Anzahl von Stopfbuchsendichtungen eine akzeptable Grenze in der Stopfbuchse überschreiten, und außerdem besteht ein Nachteil, nicht die Funktion eines Wellenaufnehmers zu erreichen, der einen Bewegungsfehler oder eine Schwingung der Stange aufgrund seiner Weichheit verhindert, und es besteht ferner das Problem der Durchdringung und Leckage des Materials selbst aufgrund der niedrigen Dichte.
Wenn andererseits die Dichte hoch gestaltet wird, wird die Formstabilität der Stopfbuchsendichtung verbessert, und die Stopfbuchsendichtung kann hervorragend beispielsweise in Funktionen als der Wellenaufnehmer gestaltet werden. Das Dehnungs- und Verformungsausmaß in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers aufgrund des Einspannflächendrucks des Dichtungshalters ist jedoch grundlegend klein. Deshalb ist es erforderlich, den Einspannflächendruck des Dichtungshalters weiter zu erhöhen, so dass die Stange ausreichend abgedichtet werden würde. Dadurch werden Probleme verursacht, so dass die Dichtungsvorrichtung vergrößert wird und die Handhabungsbequemlichkeit verloren geht.
Hinsichtlich der Dichtungsvorrichtung sind zusätzlich zu denjenigen, die eine Struktur aufweisen, in der Hauptdichtungen einer Art in der oben beschriebenen Weise verwendet werden, Dichtungsvorrichtungen für beispielsweise Stangen bisher gut bekannt gewesen, bei denen mindestens zwei Arten von Stopfbuchsendichtungen aus verschiedenen Materialien oder mit unterschiedlichen Eigenschaften aneinander befestigt und in einer Stopfbuchse installiert werden. Die Ursache, dass eine solche Struktur ausgewählt wird, liegt jedoch darin, dass mindestens zwei erforderliche oder unzulängliche Leistungen (z. B. Dichtungsvermögen, Wärmefestigkeit, Druckfestigkeit und Reibungsfestigkeit) auf einmal erfüllt werden. Dies war für konventionelle Stopfbuchsendichtungen nur einer Art unmöglich. Deshalb gibt es angesichts der Einfachheit und Vereinfachung der Dichtungsvorrichtung solche Probleme, dass es unumgänglich ist, mindestens zwei Arten von Stopfbuchsendichtungen als die Hauptdichtungen zu installieren.
Darüber hinaus offenbart USP 4,32,974 eine Dichtungsvorrichtung, die eine Spannungskonzentration in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers einer Dichtung aufweisen soll, bei der eine Stopfbuchsendichtung niedriger Dichte, deren Quer schnittsform ein Parallelogramm darstellt, zwischen Stopfbuchsendichtungen hoher Dichte platziert wird, deren Querschnittsformen Trapeze darstellen, und die Formen der beiden so gestaltet sind, dass sie nicht aneinander zu befestigen sind; außerdem werden sie übereinander gestapelt und an einer Stange in einer Stopfbuchse installiert, und anschließend werden die Dichtungen aneinander durch Festziehen eines Dichtungshalters befestigt. Bei der Dichtungsvorrichtung gemäß dieser früheren Erfindung bestehen jedoch zahlreiche Probleme, wie zum Beispiel: 1) es ist erforderlich, mindestens zwei Dichtungen mit unterschiedlichen Dichten zu kombinieren; 2) Packungen niedriger Dichte weisen in der Mehrzahl einen großen Formänderungsanteil auf; 3) es gibt eine Spannungskonzentration, aber die Größe derselben ist klein; 4) abgesehen von der Spannungskonzentration, wird der Einspannflächendruck der Dichtung nicht mehr als der einer rechteckigen Dichtung übertragen; und 5) die Funktion des Dichtungsteils niedriger Dichte als ein Wellenaufnehmer ist reduziert.
DE 72 58 offenbart eine Stopfbuchsendichtung und eine Dichtungsvorrichtung gemäß den Oberbegriffen von Anspruch 1 bzw. 2.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
AUFGABE DER ERFINDUNG
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegende Erfindung in der Schaffung einer neuen Stopfbuchsendichtung und einer dieselbe aufweisenden Dichtungsvorrichtung, wobei die Stopfbuchsendichtung hohes und stabiles Dichtungsvermögen für eine Stange und eine Innenwandfläche einer Stopfbuchse sogar für Verwendungen zeigt, die weiter die Beweglichkeit (Drehung und Hin- und Herbewegung) erfordern, und ferner hervorragende Auswirkungen liefert, wie zum Beispiel Senkung des Bewegungswiderstands einer Stange, Formstabilität, Anpassungsfähigkeit an eine korrodierte und verschlissene Stange und Stopfbuchse, Funktion zum Aufnehmen von Wellen, Einfachheit der Installierung, Vereinfachung der Dichtungsstruktur, und Kompaktheit einer Dichtungsvorrichtung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfinder hat sorgfältige Untersuchungen durchgeführt, um die oben genannten Probleme zu lösen, und sich darauf konzentriert, welche Verbesserung, die niemals entdeckt wurde, hinsichtlich der Form der Stopfbuchsendichtung zu dem Zweck vorgenommen werden sollte, dass sie hohes Dichtungsvermögen aufweisen kann, und wiederholte dann zahlreiche Annahmen und Tests. Der Grund hierfür ist wie folgt. In der Vergangenheit gab es, wie oben ausgeführt, Beispiele, in denen die Formen gering durchdacht waren. Selbst in jenen Fällen sind die Auswirkungen jedoch im wesentlichen erwartet, die durch Konzentration auf die Kombinationen von Materialien oder Eigenschaften von Stopfbuchsendichtungen selbst erhalten werden, und infolgedessen kann dadurch allein ein deutlicher Effekt erhalten werden, während jedoch auch zahlreiche Mängel verursacht wurden. Das heißt, er dachte, dass die gewünschten Effekte, deren Verbesserung bisher durch Entwerfen der Eigenschaften versucht wurde, durch Vornehmen einer charakteristischen Verbesserung hauptsächlich hinsichtlich der Form der Stopfbuchsendichtung erhalten werden sollten.
Basierend auf den obigen Feststellungen hat er empirisch-praktische Ermittlungen und zahlreiche Studien wiederholt. Infolgedessen hat er die vorliegende Erfindung fertiggestellt durch Bestätigung, dass eine neue Stopfbuchsendichtung und eine diese aufweisende Dichtungsvorrichtung die oben genannten Probleme auf einmal lösen können; wobei die Stopfbuchsendichtung eine sogenannte Stopfbuchsendichtung konischer Plattenform ist, in der die Querschnittsform des Ringteils der Ringdichtung viereckig ist, und dieses Viereck aus zwei Kanten an der Seite des Innendurchmessers und des Außendurchmessers parallel zu einer zentralen Achse der Stopfbuchsendichtung besteht, und die anderen zwei Kanten zueinander gerichtet sind und Schrägen der gleichen Ausrichtung zu einer Achse rechtwinklig zu der zentralen Achse haben, wobei Teile, die den oberen und unteren Enden in der Richtung der zentralen Achse entsprechen, nämlich ein spitzwinkliger Teil an der Innendurchmesserseite und ein spitzwinkliger Teil an der Außendurchmesserseite der Stopfbuchsendichtung, als flache Teile ausgebildet sind.
Wenn eine Last in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung der zentralen Achse angelegt wird, wird die Stopfbuchsendichtung gemäß der vorliegende Erfindung wirksam in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers verformt, als wenn ein Schirm aufgespannt wird (sogenannte Dichtungsringverformung des konischen Plattendurchmessers), so dass eine Spannung verursacht wird. Wenn diese Stopfbuchsendichtung zum Beispiel zu einer Stange in einer Stopfbuchse installiert und dann eingespannt wird, kann hervorragendes Dichtungsvermögen selbst dann entfaltet werden, wenn die Einspannlast entweder gleich oder kleiner als die konventionelle Einspannlast ist. Außerdem, wenn die obige Installierung ausgefürt wird, werden mindestens zwei Stopfbuchsendichtungen gewöhnlich ähnlich der konventionellen Installierung verwendet. Zusätzlich dazu, dadurch gekennzeichnet zu sein, dass die Stopfbuchsendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wie oben erwähnt eine konische Plattenform aufweist, sind die flachen Teile an dem oberen und unteren Ende angeordnet. Deshalb können die Stopfbuchsendichtungen einander mit größerer Sicherheit und Stabilität berühren als Stopfbuchsendichtungen ohne flache Teile. Die flachen Teile berühren einander gewöhnlich dann, wenn die Installierung in solcher Weise durchgeführt wird, dass die Schrägenausrichtung (Form) einer Stopfbuchsendichtung der ihrer benachbarten Stopfbuchsendichtung in Bezug zu der Richtung der zentralen Achse entgegengesetzt ist. Wenn diese Beziehung zum Beispiel durch mindestens zwei Stopfbuchsendichtungen wiederholt wird, dann wird die Installierung in solcher Weise ausgeführt, dass die Schrägen insgesamt abwechselnd ausgerichtet sind. Infolgedessen kann hinsichtlich der Dichtungsvorrichtung, in der die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung praktisch verwendet wird, sehr effizientes und hohes Dichtungsvermögen auf mehreren Stufen sowohl zu den Innen- als auch den Außendurchmesserseiten beinahe unabhängig von dem Abstand von dem Einspannteil aufgrund des oben genannten sicheren und stabilen Kontakts und der sogenannten abwechselnden Installierung entfaltet werden.
Das heißt, eine Stopfbuchsendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Dichtungsring nach Anspruch 1.
Zusätzlich ist eine Dichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Anspruch 2 definiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1(a) ist eine perspektivische Ansicht, die ein Arbeitsbeispiel der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung zeigt. 1(b) ist eine perspektivische Ansicht, wenn die wie in 1(a) gezeigte Stopfbuchsendichtung mit der Oberseite nach unten liegt. Darüber hinaus ist 1(c) eine projektive Ansicht in der Breitenrichtung der wie in 1(a) oder (b) gezeigten Stopfbuchsendichtung, und 1(d) ist eine projektive Ansicht in der Dickenrichtung der wie in 1(a) oder (b) gezeigten Stopfbuchsendichtung.
Sowohl 2(a) als auch (b) sind Teilquerschnittsansichten, die ein Arbeitsbeispiel der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung zeigen, wenn die Stopfbuchsendichtung durch eine Ebene geschnitten wird, die eine zentrale Achse 2a einschließt. Dann stellt 2(a) den Fall von α > β dar, und 2(b) stellt den Fall α < β dar.
3 ist eine Teilquerschnittansicht, die eine Stopfbuchsendichtung als eine Bezugstechnik darstellt, wenn die Stopfbuchsendichtung durch eine Ebene geschnitten wird, die eine zentrale Achse 2a enthält.
Sowohl 4(a) als auch (b) sind Teilendschnittansichten, die ein Arbeitsbeispiel der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung zeigen, wenn die Stopfbuchsendichtung durch eine Ebene geschnitten wird, die eine zentrale Achse 2a einschließt. Ferner stellt 4(a) die Stopfbuchsendichtung vor Verformung dar, und 4(b) stellt die Stopfbuchsendichtung nach Verformung dar.
5 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Arbeitsbeispiel einer Dichtungsvorrichtung zeigt, welche die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweist. 5(a) stellt die Dichtungsvorrichtung vor Abdichtung (vor Festziehen eines Dichtungshalters 8) dar, und 5(b) stellt die Dichtungsvorrichtung nach Abdichtung (nach Festziehen eines Dichtungshalters 8) dar.
6 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Arbeitsbeispiel einer Dichtungsvorrichtung zeigt, welche die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweist. 6(a) stellt die Dichtungsvorrichtung vor Abdichtung (vor Festziehen eines Dichtungshalters 8) dar, und 6(b) stellt die Dichtungsvorrichtung nach Abdichtung (nach Festziehen eines Dichtungshalters 8) dar.
7 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Arbeitsbeispiel einer Dichtungsvorrichtung zeigt, welche die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweist und ferner mit einer Anpassbeilagscheibe ausgerüstet ist, und die Dichtungsvorrichtung vor Abdichtung (vor Festziehen eines Dichtungshalters 8) darstellt.
8 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Arbeitsbeispiel einer Dichtungsvorrichtung zeigt, welche die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweist und ferner mit einer Anpassbeilagscheibe ausgerüstet ist, und stellt die Dichtungsvorrichtung vor Abdichtung (vor Festziehen eines Dichtungshalters 8) dar.
9 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Arbeitsbeispiel einer Dichtungsvorrichtung zeigt, welche mit einer Kombination der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung und einer Stopfbuchsendichtung vom konventionellen Typ ausgerüstet ist, und stellt die Dichtungsvorrichtung vor Abdichtung (vor Festziehen eines Dichtungshalters 8) dar.
10 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Arbeitsbeispiel einer Dichtungsvorrichtung zeigt, welche mit einer Kombination der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung und einer Stopfbuchsendichtung des konventionellen Typs ausgerüstet ist, und stellt die Dichtungsvorrichtung vor Abdichtung (vor Festziehen eines Dichtungshalters 8) dar.
11 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Arbeitsbeispiel einer Dichtungsvorrichtung zeigt, die mit einer Kombination aus einer Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung und einer Stopfbuchsendichtung des konventionellen Typs ausgerüstet ist, und stellt die Dichtungsvorrichtung vor Abdichtung (vor Festziehen eines Dichtungshalters 8) dar.
12 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Arbeitsbeispiel einer Dichtungsvorrichtung zeigt, die die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweist und ferner mit einer Anpassbeilagscheibe und einem Hartring ausgerüstet ist, und stellt die Dichtungsvorrichtung vor Abdichtung (vor Festziehen eines Dichtungshalters 8) dar.
Sowohl 13(a) als auch (b) sind Teilendschnittansichten, die ein Arbeitsbeispiel der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung zeigen, wenn die Stopfbuchsendichtung durch eine Ebene geschnitten wird, die eine zentrale Achse 2a einschließt, wobei die Struktur der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung teilweise verformt ist.
14 ist ein Graph, in dem die X-Achse einen "Längenabstand" von der Druckfläche eines Dichtungshalters darstellt, und in dem die Y-Achse einen "von der Innendurchmesserseite übertragenen Flächendruck (MPa)" darstellt, der diesem Längenabstand entspricht.
15 ist ein Graph, in dem die X-Achse einen "Längenabstand" von der Druckfläche eines Dichtungshalters darstellt, und in der die Y-Achse ein "von der Außendurchmesserseite übertragener Flächendruck (MPa)" ist, der diesem Längenabstand entspricht.
16 ist eine schematische Querschnittansicht, die ein Beispiel einer Dichtungsvorrichtung zum Prüfen des Dichtungsvermögens einer Stopfbuchsendichtung (Dichtungsvermögens-Prüfvorrichtung) zeigt, wie sie in den Beispielen erwähnt ist.
[Erklärung der Symbole]

1: Stopibuchsendichtung
2a: Zentrale Achse
2b: Vertikale Achse zur zentralen Achse
2c: Diametrische Achse
3a: Flacher Teil an der Innendurchmesserseite
3b: Stumpfwinkliger Teil an der Innendurchmesserseite
4a: Stumpfwinkliger Teil an der Außendurchmesserseite
4b: Flacher Teil an der Außendurchmesserseite
3a': Spitzwinkliger Teil an der Innendurchmesserseite
4b': Spitzwinkliger Teil an der Außendurchmesserseite
3c: Spannungskonzentrationspunkt an der Innendurchmesserseite
4c: Spannungskonzentrationspunkt an der Außendurchmesserseite
5: Stange
6: Stopfbuchse
7: Innerer Bodenteil von Stopfbuchse
8: Dichtungshalter
8a: Druckfläche von Dichtungshalter
9: Spannschraube
10: Anpassbeilagscheibe
10a: Stopfbuchsendichtung, deren Querschnittsform rechteckig ist
10b: Hartring
11: O-Ring
12: Spannschraube
13: Drucköffnung
14: Lager
15: Stange (Antriebswelle)
16: Gaseinschlussteil
17: Axiallager
18: Mit Drehmomentschlüssel ausgerüsteter Teil

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Details der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung und der dieselbe aufweisenden Dichtungsvorrichtung spezifisch erklärt.
Wie in den 1(a) und (b) gezeigt ist, ist die Form der Stopfbuchsendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung (die im Folgenden als die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung bezeichnet werden soll) ein Dichtungsring ähnlich gewöhnlichen Stopfbuchsendichtungen.
Die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Stopfbuchsendichtung, in der Teile, die dem spitzwinkligen Teil an der Innendurchmesserseite und dem spitzwinkligen Teil an der Außendurchmesserseite der Stopfbuchsendichtung entsprechen, deren Querschnittsform des Ringteils in der zentralen Achsenrichtung (nämlich die Querschnittsform, wie sie durch eine die zentrale Achse einschließende Ebene geschnitten wird), viereckig ist, nämlich ein Teil, der dem oberen Ende entspricht und ein Teil, der dem unteren Ende hinsichtlich einer Richtungsachse entlang der zentralen Achse entspricht, als flache Teile ausgebildet sind.
Hier ist das obige Viereck wie der Querschnitt der wie in 3 gezeigten Stopfbuchsendichtung, die eine Stopfbuchsendichtung der Bezugstechnik darstellt, und ist ein Viereck, in dem sowohl eine Kante 1c an der Innendurchmesserseite als auch eine Kante 1d an der Außendurchmesserseite parallel zu einer zentralen Achse 2a sind, und in dem die anderen beiden Kanten 1a und 1b Schrägen der gleichen Ausrichtung zu einer vertikalen Achse 2b rechtwinklig zu der vorgenannten zentralen Achse 2a haben. Wie in 3 gezeigt ist, bedeutet die obige Schräge einen Winkel α oder einen Winkel β. Der Winkel α ist ein Winkel zwischen der vertikalen Achse 2b und der Kante 1a, und der Winkel β ist ein Winkel zwischen der vertikalen Achse 2b und der Kante 1b. Außerdem sind die obigen Schrägen der gleichen Ausrichtung so definiert, dass die Spreizung der obigen Winkel die gleiche Ausrichtung aufweist, wenn die Kante 1a und die Kante 1b die vertikale Achse 2b an ihren jeweiligen Winkels kreuzen, unter der Annahme, dass die vertikale Achse 2b als der Standard betrachtet wird, und dass diese Winkel als 0° definiert sind, wenn die Kante 1a und die Kante 1b die vertikale Achse 2b überlappen. Im Übrigen ist die in 3 gezeigte Stopfbuchsendichtung eine Stopfbuchsendichtung als eine Bezugstechnik zum Erklären der Charakteristiken der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung.
Darüber hinaus bedeuten der oben genannte spitzwinklige Teil an der Innendurchmesserseite und der spitzwinklige Teil an der Außendurchmesserseite, wie der in 3 gezeigte Teil 3a' bzw. der Teil 4b', zwei Winkelteile mit einem spitzen Winkel unter In nenwinkeln des oben genannten Vierecks. Die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung ist eine Stopfbuchsendichtung, bei der dieser Teil 3a' und der Teil 4b' wie im Folgenden ausgeführt als flache Teile ausgebildet sind.
Hinsichtlich der oben genannten flachen Teile, nämlich der flachen Teile, die die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweist, ist es ausreichend, dass zum Beispiel diese Teile in solchem Ausmaß flach sind, dass die Stopfbuchsendichtung im wesentlichen stabil und mit Sicherheit einen flachen Teil wie zum Beispiel einer benachbarten Stopfbuchsendichtung oder einer Anpassbeilagscheibe berühren kann, wenn die Stopfbuchsendichtung tatsächlich an beispielsweise einer solchen Dichtungsvorrichtung installiert und dann verwendet wird. Es gibt hierfür keine spezielle Beschränkung. Deshalb müssen die oben beschriebenen flachen Teile keine perfekten ebene Teile sein, um eine Ebene rechtwinklig zu der zentralen Achse zu überlappen. Die flachen Teile können eine geringfügige Schräge aufweisen oder können einen Teil mit einer teilweise gekrümmten Oberfläche aufweisen oder können verschiedene Querschnittsformen abhängig von der Position des Querschnitts haben (abhängig davon, welcher Teil des Querschnitts betrachtet wird). Wenn die oben beschriebenen flachen Teile spezifisch als eine optionale Querschnittsform des Ringteils gezeigt sind (eine optionale Querschnittsform, wie sie durch eine die zentrale Achse 2a einschließende Ebene geschnitten wird), schließen bevorzugte Beispiele derselben eine Form wie zum Beispiel den Teil 3a und den Teil 4b ein, die in den 2(a) und (b) gezeigt sind. Wenn die Gesamtbreite in der Richtung der vertikalen Achse 2b hinsichtlich des Ringteils der Stopfbuchsendichtung als t betrachtet wird, sind die jeweiligen Breiten A und B der flachen Teile 3a und 4b in der Richtung der vertikalen Achse 2b vorzugsweise A<0,5t und B<0,5, stärker bevorzugt A<0,3t und B<0,3t. In dem Fall, in dem die oben beschriebenen Breiten A und B größer als 0,5t sind, besteht die Möglichkeit, dass die Stopfbuchsendichtung nicht effizient in den Richtungen des inneren und äußeren Durchmessers durch eine Last verformt werden kann (sogenannte Dichtungsringvorformung der konischen Platte), die aus einer Richtung der zentralen Achse angelegt wird, was zu einer Senkung des Dichtungsvermögens führt, da die Spannung nicht ausreichend in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers verursacht wird.
In der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung gibt es keine besondere Begrenzung bezüglich des Bereichs, den die wie in den 2(a) und (b) gezeigten Winkel a und β annehmen können. Spezifisch betragen sie vorzugsweise 0°<α<90°und 0°<β<90°, stärker bevorzugt 5°<α<40° und 0°<β<40°. Sie können jedoch passend unter Berücksichtigung der Länge A des oben genannten flachen Teils festgelegt werden. Wenn die Breiten A und B der flachen Teile breit sind, gibt es allgemein viele Fälle, in denen die Winkel α und β auf der großen Seite festgelegt werden. Oder wenn ansonsten die Breiten A und B der flachen Teile schmal sind, gibt es viele Fälle, in denen die Winkel α und β auf der kleinen Seite festgelegt werden. Darüber hinaus kann der Winkel α entweder gleich dem Winkel β sein (α=β) oder sich von dem Winkel β unterscheiden (α≠β), und es gibt keine spezielle Begrenzung dafür. α=β ist jedoch allgemein dahingehend zu bevorzugen, dass es eine breite Verwendung hat. Außerdem beträgt die Winkeldifferenz zwischen dem Winkel α und dem Winkel β vorzugsweise 0≤|α-β|<20°.
Wenn die Winkel α und β innerhalb der oben aufgeführten Bereiche liegen und ferner die Winkeldifferenz zwischen dem Winkel α und dem Winkel β(|α-β|) in dem oben genannten Bereich liegt, kann verhindert werden, dass die Zwischenräume, die zwischen den Stopfbuchsendichtungen gebildet werden, zu groβ sind, und dass das zum Liefern des Dichtungsvermögens benötigte Verformungsausmaß (Formänderungsausmaß) übermäßig groß ist. Gleichzeitig kann die Fehlfunktion der Installationsfähigkeit und Handhabungsfähigkeit verhindert werden, wobei die Ursache der Fehlfunktion darin liegt, dass die gesamte anfängliche Installationslänge der Stopfbuchsendichtungen wie installiert zu lang ist.
Es gibt keine spezielle Begrenzung bezüglich der Querschnittsform der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung, wenn die obigen flachen Teile 3a und 4b und der Winkel α und der Winkel β die oben genannten Bedingungen erfüllen. Spezifisch schließen Beispiele derselben ein: (1) die beiden Kanten an der Innen- und Außendurchmesserseite haben die gleiche Länge, nämlich α=β; (2) von den beiden Kanten an der Innendurchmesserseite 1c und der Außendurchmesserseite 1d ist die Kante an der Außendurchmesserseite 1d länger, nämlich α>β (2(a)); und (3) von den beiden Kanten an der Innendurchmesserseite 1c und der Außendurchmesserseite 1d ist die Kante an der Innendurchmesserseite 1c länger, nämlich α<β (2(b)).
Bei der Querschnittsform der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung gibt es keine spezielle Begrenzung bezüglich ihrer Innen- und Außendurchmesser oder der Größen wie zum Beispiel der Kante 1c an der Innendurchmesserseite und der Kante 1d an der Außendurchmesserseite, und es ist ausreichend, dass sie in solchen Bereichen liegen, um als eine Ringdichtung zu halten, in der die flachen Teile und die Winkel α und β die obigen Bedingungen erfüllen können, insbesondere als eine Stopfbuchsendichtung.
Die Dichtung der vorliegenden Erfindung hat die oben genannte charakteristische Form. Deshalb werden zum Beispiel in dem Fall, wenn die Stange 5 in der Stopfbuchse 6 wie in 5(a) oder 6(a) gezeigt mit den Stopfbuchsendichtungen in einer solchen Weise ausgerüstet ist, dass die Stopfbuchsendichtungen abwechselnd ausgerichtet sind, und in dem sie danach, wie in 5(b) oder 6(b) gezeigt, durch den Dichtungshalter 8 eingespannt werden, die Stopfbuchsendichtungen entsprechend der Änderung von 4(a) zu 4(b) in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers gedehnt und verformt, als wenn ein Schirm aufgespannt werden würde (sogenannte Dichtungsringverformung der konischen Plattenform), so dass das effiziente und hervoreagende Dichtungsvermögen gezeigt wird. Zusätzlich wird die Last, die zum Dehnen und Verformen der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung von 4(a), der Form vor Einspannen, zu 4(b), der Form nach Einspannen deutlich im Vergleich zu einer Stopfbuchsendichtung gesenkt, die einen wie konventionell allgemein gewöhnlich verwendeten rechteckigen Querschnitt aufweist. Außerdem birgt die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung ferner keine Probleme wie zum Beispiel Durchdringungsleckage der Dichtung selbst, wie sie beispielweise bei einer Stopfbuchsendichtung niedriger Dichte erfolgt, und kann auch ausreichendes Dichtungsvermögen entfalten.
Genau ausgedrückt, wird die Stopfbuchsendichtung bei Anlegung von Druck an die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung von einem die Last übertragenden Teil (z. B. einer Einspannfläche 8a des Dichtungshalters) in der Dickenrichtung insgesamt zusammengedrückt. Hinsichtlich der Verformung der Form aufgrund dieser Kompression, stellt das Vorliegen des vorgenannten Winkels α und Winkels β einen Faktor dar, um einfache Verformung und Dehnung in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers zu ermöglichen. Außerdem wird aufgrund der Verformung und Dehnung durch diese Kompression in der in 4(b) gezeigten Stopfbuchsendichtung die Spitzenspannung in den Richtrungen des Innen- und Außendurchmessers wirksam umfassend insbesondere an den folgenden Teile übertragen: von dem Winkelteil 3c an der Innendurchmesserseite zur Stangenseite; und von dem Winkelteil 4c an der Außendurchmesserseite zu der Innenwandflächenseite der Stopfbuchse, wobei der Winkelteil 4c eine entgegengesetzte Winkelbeziehung zu dem Winkelteil 3c bezüglich der Querschnittsform aufweist. Bei der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung wird dieser Teil, der wirksam die Spannung übertragen kann, im Folgenden der Bequemlichkeit zuliebe als ein Spannungskonzentrationspunkt bezeichnet.
Hinsichtlich der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung wird zum Beispiel in dem Fall, in dem die Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung wie zum Beispiel die Stange oder die Innenwandfläche der Stopfbuchse abdichtet, das Dichtungsvermögen durch die Spitzenspannung angezeigt, die an dem Spannungskonzentrationspunkt verursacht wird, wenn die Stopfbuchsendichtung in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers gedehnt und verformt wird. Selbst wenn die Gesamtspannung, die in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers übertragen wird (zum Beispiel die gesamte Kraft, die die Stange hält), kleiner als die bei Verwendung einer konventionellen Stopfbuchsendichtung ist, wird daher keine Senkung des Dichtungsvermögens beobachtet. Kurz gesagt, selbst wenn der Einspannflächendruck kleiner als gewöhnlich ist, kann die Abdichtung ausreichend ausgeführt werden. Deshalb wird der Achsenwiderstand, der beim Ausführen von Einspannen und Abdichten verursacht wird, als der Spiegeleffekt gesenkt. Wenn zum Beispiel die Stopfbuchsendichtung für einen Dichtungsteil eines Ventils verwendet wird, kann das Handdrehmoment gesenkt werden, das zum Öffnen und Verschließen des Ventils benötigt wird. In ähnlicher Weise kann die Beschädigung wie zum Beispiel der Stange und der Dichtung und die Beschädigung der Stopfbuchsendichtung selbst aufgrund von Reibung beim Ausführen von Einspannen und Abdichten bedeutend reduziert werden. Deshalb kann man sagen, dass die Stopfbuchsendichtung besonders vorteilhaft für einen Dichtungsteil einer Installation ist, in der die Achsbewegung so häufig ausgeführt wird, dass gewöhnlich der Dichtungsabrieb sehr groß gestaltet wird.
Wenn die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung kein weniger effizientes und kein weniger hervorragendes Dichtungsvermögen als Konventionelle zeigt, ist sogar ein niedrigerer Einspannflächendruck als konventionell erlaubt. Deshalb gibt es zum Beispiel keine besondere Begrenzung beispielsweise für den Dichtungshalter 8. Eine Vergrößerung und erhöhtes Gewicht diese benachbarten Maschinen kann verhindert werden, und sie können kompakter gestaltet werden, und außerdem kann Vergrößerung der gesamten Dichtungsvorrichtung verhindert und dieselbe kann kompakter gestaltet werden.
In einer speziellen Verwendung, in der hohes Dichtungsvermögen erforderlich ist, ist es bisher bestimmt worden, dass die Verwendung durch eine Stopfbuchsendichtung erfüllt wird, deren Größe streng für den Außendurchmessers einer Stange und die Innenabmessungen einer Stopfbuchse festgelegt sind (Stopfbuchsendichtung in der geringes sogenanntes Spiel existiert und geringer Zwischenraum zwischen der Stopfbuchsendichtung und der Stange und zwischen der Stopfbuchsendichtung und der Innenwandfläche der Stopfbuchse vorliegt). Wie oben erwähnt, weist die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung jedoch wirksame und weiche Verformbarkeit und Dehnbarkeit in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers auf und umfasst die flachen Teile, die einander sicher und stabil berühren können. Selbst wenn die Abmessungen nicht streng gemäß einem Gegenstand in einer speziellen Verwendung festgelegt sind, kann daher die Stopfbuchsendichtung der Verwendung gerecht werden. Außerdem kann auch in den Fällen gewöhnlicher Verwendung eine Stopfbuchsendichtung mit einem Satz von Abmessungen umfassende Abmessungsbedingungen (Abmessungsbedingungen ver schiedener Gegenstände) allein erfüllen. Deshalb kann die Festlegung der Größenarten der Stopfbuchsendichtungen (Arten von Produktgrößen) klein sein, und die Produktionseffizienz steigt, während die Produktionskosten gesenkt werden können. Genau ausgedrückt, wenn die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung für eine Dichtungsvorrichtung verwendet wird, die beispielweise eine Stopfbuchse aufweist, kann die optimale Verformungs- und Dehnungsgröße zum Erfüllen der individuellen Bedingungen der verschiedenen Gegenstände der vorgenannten Stopfbuchsendichtung durch Anpassung des Einspannflächendrucks gegeben werden. Deshalb kann sie unter breiten Bedingungen verwendet werden, und gleichzeitig kann hohes Dichtungsvermögen erreicht werden. Wenn zusätzlich eine konventionelle Stopibuchsendichtung beispielsweise zu einer Stange in einer Stopfbuchse installiert wird, ist dies in gewissem Maße mit Installationsschwierigkeiten verbunden (insbesondere in Fällen von Dichtungsvorrichtungen des Typs hoher Dichte oder in Fällen, wenn das wie oben genannte hohe Dichtungsvermögen benötigt wird, ist die Schwierigkeit größer, zum Beispiel weil solche Abmessungen äußerst streng sind). Wenn die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird jedoch hohes Dichtungsvermögen aufgrund der effizienten Verformbarkeit und Dehnbarkeit in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers sichergestellt, daher ist es möglich, die Abmessungen so festzulegen, um die Installierung einfacher als bei konventionellen Produkten zu gestalten. Sogar in Fällen, in denen verschiedene Größenänderungen später erfolgt sind, zum Beispiel in Fällen, in denen die Größe der Stopfbuchsendichtung sich von der Originalgröße beispielsweise aufgrund von Reibung und Korrosion im Verlauf der Zeit geändert hat, und in Fällen, in denen die Größe der Stange oder der Innenwandfläche der Stopfbuchse sich von der Originalgröße aufgrund von solchem Abrieb und solcher Korrosion geändert hat (obwohl es keine besondere Beschränkung für diese Fälle gibt), ermöglicht geeignete Anpassung des Einspannflächendrucks auch, dass die Stopfbuchsendichtung effizient und weich in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers gedehnt und verformt wird, wodurch die Größe wieder passt. Deshalb kann das optimale Dichtungsvermögen wieder sichergestellt werden.
Es gibt keine besondere Begrenzung für die Dichte (Härte) der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung, aber sie kann geeignet an die optimale Dichtung entsprechend des benötigten Dichtungsvermögens und den Peripheriegeräten angepasst werden. Wie oben erwähnt, hat die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung effiziente Verformbarkeit und Dehnbarkeit in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers. Deshalb kann zum Beispiel gut Verformung und Dehnung in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers durch einen kleineren Einspannflächendruck als dem Einspannflächendruck durchgeführt werden, der bisher als erforderlich angesehen wurde, wenn die Dichte höher als gewöhnlich vergrößert wird. Dementsprechend kann die Verwendung der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung die Mängel beseitigen, die bezüglich beispielweise konventioneller Stopfbuchsendichtungen in Frage kommen, die höhere Dichte als gewöhnlich aufweisen, insbesondere rechteckige Stopfbuchsendichtungen hoher Dichte, bei denen die obigen Mängel zum Beispiel wie folgt sind: das Fehlen der Übertragung der Spannung gegen den Einspannflächendruck aufgrund des Fehlens von Weichheit (Verformbarkeit und Dehnbarkeit) in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers; die Schwierigkeit der Installation; die Vergrößerung von Vorrichtungen in Übereinstimmung mit einer solchen dynamischen Anforderung; und die Erhöhung des Achswiderstands, die durch die nicht einheitliche Verformung verursacht wird. Aus diesen Gründen können bei Gießen der Stopfbuchsendichtung in hoher Dichte zahlreiche hervorragende Funktionen (z. B. Formstabilität, Abriebwiderstand, Korrosionsfestigkeit, Funktion zum Aufnehmen einer Welle als eine Stange (Funktion zum Verhindern eines Bewegungsfehlers oder Schwingung der Welle), und Leichtigkeit der Installation) der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung verliehen werden, obwohl die Funktionen nicht auf diese begrenzt sind.
Die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung ist aus der Gruppe ausgewählt, die aus Gewebe- und Flechtdichtungen, laminierten Dichtungen, Graphitdichtungen und aus Kunstharz geformten Dichtungen besteht.
Die vorgenannten Gewebe- und Flechtdichtungen sind allgemein Dichtungen, die durch Stricken oder Flechten entweder eines Garns, das aus verschiedenen Fasermaterialien besteht (z. B. Kohlenstofffasern und Aramidfasern) oder eines Fadens erhalten wird, der durch Verdrehen von mindestens zwei Garnen in gewünschte Formen durch beispielsweise Flechten, Übereinanderflechten, Quadratflechten und Ineinanderflechten erhalten wird.
Die vorgenannten laminierten Dichtungen sind allgemein Dichtungen, die erhalten werden durch: Ausstanzen eines Blechmaterials; und anschließende Verarbeitung des resultierenden Materials in eine gewünschte Form durch geeignete Verfahren wie zum Beispiel Schneiden und anschließendes Pressformen des verarbeiteten Materials beispielsweise mit einem Formwerkzeug.
Nicht durch die Ansprüche der vorliegenden Erfindung abgedeckt sind Metalldichtungen, die hauptsächlich durch Druckformen von beispielsweise Metallfolien erhaltene Dichtungen darstellen.
Unter diesen sind die Graphitdichtungen und Fluorharze besonders vorteilhaft als die Materialqualität, wie sie in der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, da sie hervorragend hinsichtlich chemischer Beständigkeit und Selbstschmierfähigkeit sind.
Die vorgenannten Graphitdichtungen sind allgemein Dichtungen, deren Hauptmaterial expandierter Graphit darstellt. Spezifisch, jedoch nicht besonders darauf begrenzt, umfassen Beispiel davon Dichtungen vom Bandformtyp (Rolltyp), Drahtgeflecht enthaltende Dichtungen vom Bandformtyp, Metallfolie enthaltende Dichtungen vom Bandformtyp, Dichtungen vom Flechttyp, Dichtungen vom laminierten Typ und Dichtungen vom Pressformtyp. Das Hauptrohmaterial der Graphitdichtungen ist der expandierte Graphit, aber Ersatzmaterialien (z. B. Metallfolien, Metalldrähte, Metallfaservliese, verschiedene Fasermaterialien, flüssige Schmiermittel und feste Schmiermittel) können weiter vorteilhaft verwendet werden. Diese können entweder jeweils allein oder kombiniert miteinander verwendet werden.
Die Fluorharzdichtungen sind Dichtungen, deren Hauptrohmaterial ein Fluorharz ist. Spezifisch, jedoch nicht besonders begrenzt, umfassen bevorzugte Beispiele des Rohmaterials PTFE (Polytetrafluorethylen), PFA (Polytetrafluorethylenpefluoralkylether-Copolymere) und FEP (Copolymere von Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen), und sie werden zum Beispiel durch Schneidverarbeitung von hülseförmigen geformten Strukturen oder durch Spritzgießen von Rohpellets geformt. Das Hauptrohmaterial ist das Fluorharz, aber Ersatzmaterialien (z. B. Metallfolien, Metalldrähte, Metallfaservliese, verschiedene Fasermaterialien und außerdem flüssige Schmiermittel und feste Schmiermittel zum Beschichten oder Kombinieren) können ferner vorteilhaft verwendet werden. Diese können entweder jeweils allein oder kombiniert miteinander verwendet werden.
Nicht durch die Ansprüche abgedeckt, jedoch Beispiele von Metallen als die vorgenannten Ersatzmaterialien, umfassen Aluminium, Blei, Kupfer, Edelstahl, Monel und Inconel. Außerdem können diese entweder jeweils allein oder kombiniert miteinander verwendet werden. Es gibt keine besondere Begrenzung hinsichtlich der Formen, wenn sie verwendet werden, aber bevorzugte Beispiele derselben umfassen Folien, Bänder, Partikeln und Baumwollchips.
Es gibt keine besondere Begrenzung hinsichtlich der Fasermaterialien als die vorgenannten Ersatzmaterialien, aber bevorzugte Beispiele derselben umfassen Baumwolle, Leinen, Nylon, PPS-Fasern, Fluorharzfasern, Graphit enthaltende Fluorharzfasern, Kohlenstofffasern, karbonisierte Fasern, graphitisierte Fasern, Metallfasern, Glasfasern, Aramidfasern, Phenolfasern, Keramikfasern und Asbest. Diese können entweder jeweils allein oder kombiniert miteinander verwendet werden.
Es gibt keine besondere Begrenzung hinsichtlich der flüssigen Schmiermittel als die vorgenannten Ersatzmaterialien, aber bevorzugte Beispiele derselben umfassen Mineralöle, synthetische Öle, Fette, synthetische Fette, fluorierte Öle, Silikonöle, Vaseline, und verschiedene Schmierfette. Diese können entweder jeweils allein oder kombiniert miteinander verwendet werden.
Es gibt keine besondere Begenzung hinsichtlich der festen Schmiermittel als die vorgenannten Ersatzmaterialien, aber bevorzuge Beispiele derselben umfassen Graphit, Molybdändisulfid, Wolframdisulfid, Bornitrid, Fluorharze, Mika, Talk, Gold, Silber, Blei und verschiedene Weichmetalle. Diese können entweder jeweils allein oder kombiniert miteinander verwendet werden.
Es gibt keine besondere Begenzungen hinsichtlich Legierungen und Mischharzen, aber bevorzugte Beispiele derselben umfassen Nylonharze, PPS-Harze, Azetalharze, Phenolharze, Epoxidharze und verschiedene Gummis. Diese können entweder jeweils allein oder kombiniert miteinander verwendet werden.
In dem Fall, wenn der vorgenannte expandierte Graphit beim Formen der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung als ein Material eingeschlossen wird, kann eine Stopfbuchsendichtung erhalten werden, die hervorragend in Leistungen wie zum Beispiel chemischer Beständigkeit, Beweglichkeit, Spannungsrelaxationsvermögen und insbesondere Stabilität in einem breiten Temperaturbereich ist, obwohl es dafür keine besondere Begenzung gibt. Außerdem gibt es keine besondere Begenzung hinsichtlich eines Formverfahrens für die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung, die den vorgenannten expandierten Graphit als ein Material enthält, aber spezifisch umfassen bevorzugte Beispiele desselben: 1) ein Bandform-Formverfahren, das welliges Rollen eines expandierten Graphitbands beinhaltet, und anschließend Pressformen aus der Richtung einer Rollenachse; 2) ein Formverfahren für laminierte Bleche, das Ausstanzen von expandierten Graphitblechen in eine gewünschte Form beispielsweise mit einem Formwerkzeug, und Laminieren und Pressformen dieser resultierenden ausgestanzten Bleche beinhaltet; 3) ein Formverfahren, das Stricken und Flechten eines expandierten Graphitgarns und anschließendes Pressformen des resultierenden gestrickten und geflochtenen Garn beinhaltet; und 4) ein dreidimensionales Strick- und Flechtformverfahren, das Formen zu einer gewünschten Form mit einer dreidimensionalen Strick- und Flechtmaschine beinhaltet. Von diesen sind das 1) Bandform-Formverfahren und (2) Formverfahren für laminierte Bleche besonders vorteilhaft.
In dem Fall, wenn das Fluorharz wie zum Beispiel PTFE oder PFA als ein Material eingeschlossen ist, wenn die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung geformt wird, kann eine Stopfbuchsendichtung erhalten werden, die hervorragende Leistungen wie zum Beispiel chemische Beständigkeit, Beweglichkeit und die Eigenschaft niedriger Stauberzeugung aufweist, obwohl keine besondere Begrenzung darauf vorliegt. Außerdem gibt es keine besondere Begrenzung hinsichtlich eines Formverfahrens für die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung, die das vorgenannte Fluorharz enthält, aber spezifisch umfassen bevorzugte Beispiele derselben: 1) im Fall der Verwendung des PTFE, ein Formverfahren, das Schneidverarbeitung von hülsenförmig geformten Produkten in eine gewünschte Form beinhaltet; und 2) im Fall der Verwendung PFA, ein Formverfahren, das direktes Formen von Rohpellets zu einer gewünschten Form durch Beispielsweise Spritzgießen beinhaltet.
Außerdem besteht hinsichtlich des Formens der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung keine besondere Begrenzung hinsichtlich eines Herstellungs- oder Verarbeitungsverfahrens zum Erzeugen der vorgenannten flachen Teile, aber es kann ein wie gewöhnlich verwendetes Herstellungs- oder Verarbeitungsverfahren darstellen. Genau ausgedrückt, schließen Beispiele derselben Verfahren ein, die beispielsweise beinhalten: Ändern der Form des Formwerkzeugs, wie es zum Formen verwendet wird, derart, dass die vorgenannten flachen Teile gebildet werden; oder zunächst Formen und anschließende Schneidverarbeitung.
Bevorzugte Beispiele der die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweisenden Dichtungsvorrichtung umfassen eine Dichtungsvorrichtung, in der mindestens zwei der vorgenannten Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung zu der Stange in der Stopfbuchse installiert sind. Detailliert ausgedrückt, ist es zum Beispiel wie in 5(a) oder 6(a) zu bevorzugen, dass die Stange 5 in der Stopfbuchse 6 mit mindestens zwei der oben beschriebenen Stopfbuchsendichtungen 1 der vorliegenden Erfindung in solcher Weise ausgerüstet ist, dass sie in abwechselnder Ausrichtung übereinander gestapelt werden, und anschließend die Stange 5 und die Innenwandfläche der Stopfbuchse 6 durch Festziehen des Dichtungshalters 8 abgedichtet werden. Zu diesem Anlass ist die Ausrichtung der Form der installierten Stopfbuchsendichtungen 1 vorzugsweise derart, dass die Schrägen der vorgenannten anderen beiden Kanten (1a und 1b) abwechselnd ausgerichtet sind. Im Übrigen gibt es bezüglich dessen, wie die Schrägen abwechselnd auszurichten sind, zum Beispiel ein Muster, wie es in 5(a) gezeigt ist, und ein wie in 6(a) gezeigtes Muster. In welcher Ausrichtung und Reihenfolge die Installierung ausgeführt wird, kann gemäß dem Verwendungsgegenstand und der Verwendung geändert werden. Außerdem kann beispielsweise die Anzahl von installierten Stopfbuchsendichtungen verschiedenartig geändert werden. Darüber hinaus ist sie nicht auf die abwechselnde Installierung aller Stopfbuchsendichtungen begrenzt, sondern die Installierung kann auch in solcher Weise ausgeführt werden, dass ein Teil der Stopfbuchsendichtungen in der gleichen Ausrichtung übereinander gestapelt werden und die anderen in einer abwechselnden Ausrichtung übereinander gestapelt werden. Genau ausgedrückt, außer wenn alle der Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung in der gleichen Schrägenausrichtung installiert sind, können die Effekte der vorliegenden Erfindung bei einer jeglichen Art von Installierung entfaltet werden.
Jedes Installationsverfahren der 5(a) und 6(a) wird hinreichend sein, aber die Form von 5(a) ist gewöhnlich allgemein zu bevorzugen. Wenn die Form von 5(a) gewählt wird, befindet sich die Kontaktfläche zwischen beiden Enden der Stopfbuchsendichtungen und der Stange in einem Zustand, dass sie von der Druckfläche des Dichtungshalters und dem inneren Bodenteil der Stopfbuchse aufgrund des zwischen beiden Enden der Stopfbuchsendichtungen und der Druckfläche und dem inneren Bodenteils ausgebildeten Zwischenraums entfernt sind. Deshalb kann ein sogenanntes "Vorstehen (Schub)" verhindert werden, das durch Festziehen nach Installierung der Stopfbuchsendichtungen verursacht wird, und die Senkung des Dichtungsvermögens kann verhindert werden. Das "Vorstehen (Schub)" zum Beispiel bedeutet, dass in 6(a) ein Teil der Stopfbuchsendichtung, auf den eine Last ausgeübt wird, in etwas gelangt wie zum Beispiel: eine winzige Öffnung eines Teils, wo die Stange 5 in den inneren Bodenteil 7 der Stopfbuchse eindringt; oder eine winzige Öffnung zwischen der Stange 5 und dem Dichtungshalter 8. Dies verursachte eine Senkung des Dichtungsvermögens der Vorrichtung.
Bei der die Stopibuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweisenden Dichtungsvorrichtung sind vorteilhaft alle der Strukturfaktoren (z. B. Form, Abmessungen und ferner Materialqualität) der verwendeten Stopibuchsendichtungen 1 die gleichen wie diejenigen jeder anderen Stopfbuchsendichtung unter Berücksichtigung von Zweckdienlichkeit und einheitlichem Dichtungsvermögen ungeachtet jedes Dichtungsteils. Es gibt hierfür jedoch keine spezielle Begrenzung. Verschiedene Stopibuchsendichtungen, von denen beispielsweise die Breite der oben genannten flachen Teile, die jeweiligen Größen des oben genannten Winkels α und Winkels β sowie die Form oder Abmessungen anderer Teile, und ferner die Materialqualität verschieden sind, können in einer jeglichen Kombination miteinander verwendet werden. Im Übrigen, wie in 7 und 8 gezeigt ist, können die Seite des inneren Bodenteils 7 und/oder die Seite des Dichtungshalters 8 in der Stopfbuchse mit Anpassbeilagscheiben 10 ausgerüstet werden. Wie in 9 gezeigt ist, kann außerdem mindestens eine der Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung zusammen mit mindestens zwei Stopfbuchsendichtungen 10a des konventionellen Typs verwendet werden, deren Querschnittsformen rechteckig sind Darüber hinaus können die Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung, wie in 10 und 11 gezeigt ist, zusammen mit Stopfbuchsendichtungen 10b des konventionellen Typs, deren Querschnittsformen rechteckig sind, in solcher Weise verwendet werden, dass die Stopfbuchsendichtungen des konventionellen Typs zwischen den Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung eingefügt werden dürfen. Wie in 12 gezeigt ist, können außerdem andere Elemente als die Stopfbuchsendichtung zusammen verwendet werden. Zum Beispiel werden aus beispielsweise Metallen oder Synthetikharzen bestehende Hartringe 10b verwendet, wobei sie dazwischen eingefügt werden dürfen, wodurch das Ausmaß von Einspannung der gesamten Dichtungsvorrichtung oder des Gleichgewichts zwischen dem Dichtungsvermögen und dem niedrigen Drehmoment gemäß dem Verwendungsgegenstand und der Verwendung angepasst werden kann. Auf diese Weise, auch wenn beispielweise die Anpassbeilagscheiben 10, die oben genannten Stopfbuchsendichtungen 10a des konventionellen Typs, oder die Hartinge 10b zusammen verwendet werden, sind alle der Strukturfaktoren (z. B. Form, Abmessungen und ferner Materialqualität) der Stopfbuchsendichtungen 1 der vorliegenden Erfindung vorteilhaft die gleichen wie die jeder anderen Stopfbuchsendichtung. Es gibt hierfür jedoch keine spezielle Begrenzung, und die verschiedenen, wie oben genannten Stopfbuchsendichtungen können kombiniert miteinander verwendet werden. Wenn nur Stopfbuchsendichtungen einer An verwendet werden, wenn beispielsweise eine Stange abgedichtet wird, gab es bisher viele Fälle wie zum Beispiel "erforderliche Leistungen oder Punkte, die nicht erfüllt werden können" und "mangelhafte Leistungen, die nicht ausgeglichen werden können". Deshalb sind mindestens zwei Arten von Stopfbuchsendichtungen mit unterschiedlichen Formen, Dichten und Materialqualitäten ausgewählt, kombiniert und verwendet worden. Es gibt keine bestimmte Begrenzung bezüglich der oben genannten erforderlichen Leistungen und mangelhaften Leistungen, aber spezifisch schließen bevorzugte Beispiele derselben Leistung einheitlicher Einspannverteilung (einheitliches Dichtungsvermögen), Wärmebeständigkeit, Druckbeständigkeit und Reibungsbeständigkeit ein.
Wenn eine Stopfbuchsendichtung mit einem hochdichten Charakter zum Beispiel als die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung ausgewählt wird, kann die effiziente Dehnbarkeit und Verformbarkeit, die die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweist, auch zusätzlich zu dem hochdichten Charakter entfaltet werden. Deshalb kann die Stopfbuchsendichtung gestaltet werden, um mindestens beide der Merkmale von niedriger Dichte und hoher Dichte aufzuweisen, wie sie bisher gelehrt wurden. Ferner ist dies bei der Struktur der Dichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung vorteilhaft hinsichtlich Vereinfachung.
Wie oben erwähnt ist, weist die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung wirksame Dehnbarkeit und Verformbarkeit auf. Wenn mindestens zwei der Stopfbuchsendichtungen für die Dichtungsvorrichtung verwendet werden, haben die einzelnen Stopfbuchsendichtungen deshalb Spannungskonzentrationspunkte an der Innendurchmesserseite und der Außendurchmesserseite und kann die Spannung wirksam verursacht werden, selben wenn nur eine Art von Stopfbuchsendichtung verwendet wird.
Wenn darüber hinaus die Stopfbuchsendichtung ihre benachbarten Stopfbuchsendichtungen an den flachen Teilen berühren darf, wird die Spannungskonzentration an den Kontaktteilen aufgrund des synergistischen Effekts sowohl an der Innendurchmesserseite als auch der Außendurchmesserseite erhöht. Deshalb werden bei der die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweisenden Dichtungsvorrichtung Stopfbuchsendichtungen einer Art auch unter dem Gesichtspunkt einer Vereinfachung der Struktur betrachtet bevorzugt verwendet.
Bei der die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweisenden Dichtungsvorrichtung kann, wie in 5(a) und 6(a) gezeigt ist, ein begrenzter Raum zwischen den zu der Stange 5 installierten Stopfbuchendichtungen 1 vorgesehen werden, bevor der Dichtungshalter 8 festgezogen wird. Der vorgenannte Raum wird davon abgeleitet: in der Querschnittsform der Stopfbuchsendichtung 1 haben die vorgenannten anderen beiden Kanten (1a und 1b) ihre jeweiligen Schrägen der gleichen Ausrichtung zu einer vertikalen Achse rechtwinklig zu einer zentralen Achse; und die mindestens zwei Stopfbuchsendichtungen sind in solcher Weise installiert, dass die Ausrichtungen der obigen Schrägen abwechselnd sind. Zu dem Zweck, dass die zu der Stange 5 in der Stopfbuchse 6 installierten Stopfbuchsendichtungen 1, wie oben erwähnt, die wirksame Dehnbarkeit und Verformbarkeit in den Richtungen des Innen- und Außendurchmessers zeigen können, ist es vorteilhaft, einen solchen räumlichen Platz vorzusehen.
Wenn bei der die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweisenden Dichtungsvorrichtung der Einspannflächendruck durch den Dichtungshalter ausgeübt wird, nutzen die Stopfbuchsendichtungen 1, wie in 5(b) und 6(b) gezeigt ist, den Raum zwischen ihnen, um unter Verkleinerung dieses Raums gedehnt und verformt zu werden. Dann wird die Spannung wirksam und konzentriert von den einander berührenden Teilen der Stopfbuchsendichtungen übertragen, und die Stange 5 und die Innenwandfläche der Stopfbuchse 6 werden abgedichtet. In diesem Fall wird der durch den Dichtungshalter ausgeübte Einspannflächendruck wirksam zu den Stopfbuchsendichtungen 1 übertragen. Deshalb weisen alle Stopfbuchsendichtungen 1 Spannungskonzentrationspunkte auf, insbesondere in den oben genannten Kontaktteilen. Wie in 5 (a) und 6(a) gezeigt ist, ist der Dichtungseffekt insgesamt, insbesondere, wenn alle der Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung wie oben genannt in abwechselnder Ausrichtung installiert sind, ein mehrstufig auftretender Dichtungseffekt, und extrem hervorragendes Dichtungsvermögen wird entfaltet. Zusätzlich sind in 5(a) und 6(a) alle der Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung in abwechselnder Ausrichtung installiert. Deshalb sind die oben genannten Kontaktpunkte, nämlich die Punkte, wo die flachen Teile der Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung einander berühren, extrem hervorragende Spannungskonzentrationspunkte auf beiden Seiten der Innendurchmesserseite und der Außendurchmesserseite, und außerdem kann das hohe Dichtungsvermögen mit im wesentlichen der gleichen Höhe an einem jeglichen Spannungskonzentrationspunkt in der Stopfbuchse beinahe unabhängig von dem Abstand vom Dichtungshalter 8 entfaltet werden. Wenn Stopibuchsendichtungen vom konventionellen Typ verwendet wurden (z. B. Stopfbuchsendichtungen, deren Querschnittsform rechteckig oder viereckig ist), war es gewöhnlich unvermeidbar, dass das Dichtungsvermögen sinkt, wenn der Abstand zu dem Dichtungshalter 8 größer wird. Deshalb kann als Funktionen und Effekte der vorliegenden Erfindung dies als einer von besonders hervorragenden Auswirkungen zusammen mit der Spannungskonzentration der oben genannten sich berührenden Teile genannt werden.
Wie in den 7 bis 12 gezeigt ist, schließen bevorzugte Beispiele der die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweisenden Dichtungsvorrichtung ferner ein: eine Dichtungsstruktur, in der Anpassbeilagscheiben an der Seite des inneren Bodenteils 7 und/oder der Seite des Dichtungshalters 8 in der Stopfbuchse installiert sind; und eine Dichtungsstruktur, die eine Kombination der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung und der Stopfbuchsendichtung des konventionellen Typs einschließt, deren Querschnittsform rechteckig ist.
Spezifisch weisen die Anpassbeilagscheibe 10 und der Hartring 10b vorzugsweise hohe Stabilität und hohe Elastizität auf, und sie bestehen vorzugsweise aus Metallen oder Harzen. Die Anpassbeilagscheibe 10 kann beispielsweise durch eine konventionelle Stopfbuchsendichtung ersetzt werden, deren Querschnittsform eines Ringteils recht eckig ist, und Dichtungen mit verschiedenen Materialqualitäten können geeignet ausgewählt werden. Zusätzlich ist Verwendung der Anpassbeilagscheibe 10 an der Seite des inneren Bodenteils 7 und/oder der Seite des Dichtungshalters S in der Stopfbuchse vorteilhaft darin, dass Effekte (z. B. Verhindern von Vorstehen (Schub) der Stopfbuchsendichtung) erhalten werden können.
Außerdem kann bei der die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweisenden Dichtungsvorrichtung eine Stopfbuchsendichtung, deren Form sich von der der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung unterscheidet, geeignet kombiniert mit derselben verwendet werden. Beispiele der Stopfbuchsendichtung mit einer solchen anderen Form umfassen die oben genannten rechteckigen Stopfbuchsendichtungen, aber es gibt keine besondere Begrenzung dafür. Wenn außerdem nur die Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung als Stopfbuchsendichtungen in der die Stopftbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweisenden Dichtungsvorrichtung verwendet werden, zumindest außer wenn alle der Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung in solcher Weise installiert sind, dass sie in der gleichen Ausrichtung übereinander gestapelt sind, dann können die Effekte der vorliegenden Erfindung entfaltet werden.
In der die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweisenden Dichtungsvorrichtung umfassen bevorzugte Beispiel ihrer Form eine Form, in der die installierten Stopfbuchsendichtungen derart sind, dass die Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung und die rechteckigen Stopfbuchsendichtungen abwechselnd der Reihe nach installiert sind. Die am stärksten bevorzugten Beispiele hierfür umfassen eine Form der abwechselnden Installierung, so dass die installierten Stopfbuchsendichtungen wie in 5(a) oder 6(a) gezeigt vorliegen, nämlich eine Form, in der alle installierten Stopfbuchsendichtungen derart installiert sind, dass die Ausrichtungen der Schrägen der anderen beiden Kanten jeder Stopfbuchsendichtung anders als diejenigen ihrer benachbarten Stopfbuchsendichtung sind.
Die die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung aufweisende Dichtungsvorrichtung kann dafür verwendet werden, was eine Dichtungsteilstruktur eines jeglichen Typs wie zum Beispiel eines sogenannten Standardtyps oder Laternenringtyps hat, obwohl es keine spezielle Begrenzung darauf gibt. Außerdem, obwohl nicht speziell begrenzt, umfassen spezifisch verwendbare Beispiele vorzugsweise: Pumpen, wie zum Beispiel Drehkolbenpumpen und Kolbenhubpumpen; Ventile wie zum Beispiel Schieber und Handschuhventile und verschiedene Rührmechanismen.
Unter Beibehaltung der oben genannten Eigenschaften, kann die Stopibuchsendichtung 1 der vorliegenden Erfindung vorteilhaft mit verschiedenen Konstruktionsänderungen (Änderung in der Form) versehen werden, wie im Folgenden aufgeführt ist, und kann für die Dichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Außerdem kann die Dichtungsvorrichtung auch vorteilhaft mit verschiedenen Konstruktionsänderungen (Änderungen in der Form) versehen werden. In diesen sind auch diejenigen enthalten, die mehr hervorragende Eigenschaften aufgrund der Konstruktionsänderungen aufweisen.
Es gibt keine besondere Begrenzung für die oben genannten Konstruktionsänderungen, aber hinsichtlich der vorgenannten Stopfbuchsendichtung 1 umfassen bevorzugte Beispiele diejenigen, die mit bogenförmigen (gewölbten) Teilen versehen sind, wie sie in 13(a) und (b) gezeigt sind, unter Berücksichtigung der Kanten 1a und 1b, die die Achse 2b kreuzen, rechtwinklig zu der zentralen Achse 2a bei Winkeln in der gleichen Richtung in der Querschnittsform der Stopfbuchsendichtung 1, wie in 2(a) gezeigt ist. In ähnlicher Weise umfassen Beispiele hinsichtlich der oben genannten Dichtungsvorrichtung (z. B. Stopfbuchse oder Dichtungshalter) diejenigen, in denen eine Schräge zu dem inneren Bodenteil 7 der Stopfbuchse oder zu einer Druckfläche 8a des Dichtungshalters vorgesehen ist. Hinsichtlich dieser Konstruktionsänderungen können alle der obigen Teile, die berücksichtigt werden, entweder geändert werden oder nicht, und sie können geeignet kombiniert werden. Zusätzlich können die obigen Konstruktionsänderungen entweder jeweils allein oder kombiniert miteinander angewendet werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung spezifischer durch die folgenden Beispiele einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele begrenzt. Übrigens kann im Folgenden die Einheit "Gewichtsteil(e)" der Bequemlichkeit zuliebe einfach als "Teil(e)" bezeichnet werden.
– Beispiel 1 –
Als ein Hauptrohmaterial wurde ein expandiertes Graphitband durch Aufschlitzen einer expandierten Graphitbahn in Streifen mit einer Breite von 15 mm hergestellt, und dieses Band wurden dann wellig gerollt. Danach wurde das resultierende gerollte Material mit einem Formwerkzeug pressgeformt, wodurch eine Graphitstopfbuchsendichtung von Beispiel 1 erhalten wurde (Dichtungsinnendurchmesser : 20mm, Dichtungsaußendurchmesser: 33 mm, Dicke der Außendurchmesserseite: 6,5 mm, die in 2(a) oder (b) gezeigten Winkel α und β: 5° bzw. 5°, Breite A: 0,15t, Breite B: 0,15t und Dichte: 1,70 g/cm³ (im Folgenden als eine Stopfbuchsendichtung (1) bezeichnet). Hier bedeutet die oben genannte "Dicke der Außendurchmesserseite" die Länge der Kante 1d, wie sie in 2(a) oder (b) gezeigt ist.
Vier Ringe dieser Stopfbuchsendichtungen (1) wurden zu einer Dichtungsvorrichtung wie in 16 gezeigt installiert (im Folgenden als eine Dichtungsfähigkeits-Prüfvorrichtung bezeichnet), und anschließend wurde die Dichtungsfähigkeit bewertet.
Die Dichtungsfähigkeits-Prüfvorrichtung umfasst: einen oberen Behälter mit beispielsweise einer Stange (Antriebswelle) 15, einer Stopfbuchse 6 und einem Dichtungshalter 8 und einen unteren Behälter, der in diesen oberen Behälter über Spannschrauben 12 durch einen O-Ring 11 eingebaut ist. Der untere Behälter ist mit dem Folgenden versehen: einer Drucköffnung 13 zum Einspritzen von Stickstoffgas, einem Gaseinschlussteil 16 sowie Lagern 14 und Axiallagern 17 zum Rotieren der Stange (Antriebswelle) 15.
Die Stopibuchsendichtungen (4 Ringe), die für die Dichtungsvermögensprüfung verwendet wurden, wurden zwischen der Seite des inneren Bodenteils 7 der Stopfbuchse und der Druckfläche 8a des Dichtungshalters installiert. Dann wurde die Innenwandfläche der Stopfbuchse 6 und die Oberfläche der Stange (Antriebswelle 15) durch Festziehen des Dichtungshalters 8 abgedichtet. Im Übrigen waren die Stopfbuchsendichtungen (1) in einem Muster mit der in 5(a) und 16 gezeigten Ausrichtung installiert.
Bei der Durchführung der Dichtungsvermögensprüfungen wurde Stickstoffgas als ein Fluid verwendet, das in dem Gaseinschlussteil 16 in der Dichtungsfähigkeits-Prüfvorrichtung abgedichtet wurde und das ein Abdichtungsobjekt darstellte. Das Stickstoffgas wurde von der Drucköffnung 13 in den Gaseinschlussteil 16 eingespritzt, so dass der Gasdruck konstant 10 MPA betrug. Unter Aufrechterhaltung dieses Gasdrucks wurde die gesamte Dichtungsvermögens-Prüfvorrichtung in Wasser eingetaucht. Der Einspannflächendruck des Dichtungshalters 8 wurde in Schritten von 5 MPa von 0 MPa bis 45 MPa erhöht, und das Dichtungsvermögen wurde in Reihenfolge nach jedem Schritt geprüft. Die Beurteilung, ob das Dichtungsvermögen erreicht wurde oder nicht, wurde aufgrund der Leckrate des Stickstoffgases in Wasser ausgeführt. Wenn dieser Wert weniger als 5,0 × 10^–5 Pa·m³/s betrugt, wurde dies so bewertet, als wenn die Dichtung erreicht worden wäre. Der "Einspannflächendruck", unter dem die Abdichtung von Stickstoffgas auf diese Weise erreicht wurde, wurde aufgezeichnet, um den "Formänderungsanteil" und den "Achsenwiderstand pro Kontaktfläche" zu messen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Übrigens wurde überhaupt keine Leckage von Stickstoffgas außer in der Stopfbuchse 6 beobachtet. Hinsichtlich der Messung der vorgenannten Leckagerate, wurde das ausgelaufene Stickstoffgas durch Ersatz über dem Wasser (etwa 3 Minuten lang) zurückgeführt, und die Leckagerate wurde von dem zurückgeführten Volumen und der Rückführungszeit berechnet.
Darüber hinaus sind die Messverfahren des Einspannflächendrucks, Formänderungsanteils, und des Achsenwiderstands pro Kontaktfläche im Folgenden gezeigt.
Einspannflächendruck (MPa):
Dies ist eine Einspannlast pro projektiver (Einheit) Fläche der Stopfbuchsendichtung wie betrachtet in der Richtung der zentralen Achse, wenn die vorgenannte Abdichtung von Stickstoffgas erreicht wird.
Formänderungsanteil (%):
Dies ist ein Anteil, bei dem die Installationslänge der Stopfbuchsendichtungen in der Richtung der Achse (Länge von der Druckfläche des Dichtungshalters zu dem inneren Bodenteil der Stopfbuchse) von vor dem Festziehen bis zu dem Zeitpunkt abnimmt, wenn die vorgenannte Abdichtung von Stickstoffgas nach Festziehen erreicht wird. Spezifisch ausgedrückt, wenn die Installationslängen der Stopfbuchsendichtungen in der Richtung der Achse vor und nach Festziehen als L bzw. 1 betrachtet werden, dann kann der Formänderungsanteil (%) anhand der folgenden Gleichung berechnet werden: "Formänderungsanteil (%):(L-1)/L × 100".
Achsenwiderstand pro Kontaktfläche (N/mm2):
Dies ist ein Wert, der in der folgenden Weise erhalten wird: der Achsenwiderstand (nämlich, die Kraft (Last), die zum Drehen der Achse erforderlich ist), unter der die vorgenannte Abdichtung von Stickstoff erreicht wird, wird durch einen Drehmomentschlüssel gemessen, und der resultierende gemessene Wert wird durch die scheinbare Kontaktfläche geteilt, die durch Multiplizieren der Installationslänge 1 nach dem Festziehen der Stopfbuchsendichtung mit dem Achsenumfang erhalten wird.
- Beispiele 2 bis 4 –
Graphitstopfbuchsendichtungen der Beispiele 2 bis 4 (im Folgenden als Stopfbuchsendichtungen (2) bis (4)) bezeichnet, wurden durch Wiederholen der gleichen Prozeduren wie von Beispiel 1 erhalten, außer, dass die Winkel α und β und die Breiten A und B, wie sie in Beispiel 1 eingestellt wurden, wie in Tabelle 1 gezeigt geändert wurden. Außerdem wurden die gleichen Bewertungen des Dichtungsvermögens wie von Beispiel 1 ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
– Vergleichsbeispiel 1 –
Eine Graphitstopfbuchsendichtung des Vergleichsbeispiels 1 (deren Querschnittsform rechteckig ist) (im Folgenden als Vergleichsstopfbuchsendichtung (1) bezeichnet) wurde durch Wiederholen der gleichen Prozedur wie von Beispiel 1 erhalten, außer dass der Winkel α, der Winkel β und die Dicke der Außendurchmesserseite (in ähnlicher Weise auch die Dicke der Innendurchmesserseite) auf 0°, 0° bzw. 6,5 mm geändert wurde. Außerdem wurde die gleiche Bewertung des Dichtungsvermögens wie von Beispiel 1 ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
[Tabelle 1 ]
Anhand der in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse wird verstanden werden, dass: in einem jeglichen Fall, in dem die Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung der Bei spiele 1 bis 4 verwendet werden, kann Gas unter einem niedrigeren Einspannflächendruck als dem der konventionellen rechteckigen Stopfbuchsendichtung von Vergleichsbeispiel 1 abgedichtet werden. Deshalb können die Stopfbuchsendichtungen der vorliegenden Erfindung der Beispiele 1 bis 4 sicher angewendet werden und können ausreichendes Dichtungsvermögen selbst in einem Teil entfalten, auf den keine sehr hohe Last ausgeübt werden kann. Selbst wenn der Einspannflächendruck niedrig ist, kann auf diese Weise die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung ausreichende Abdichtung erreichen, und es wird verstanden werden, dass der Achsenwiderstand auch als ein diesen Effekt begleitendes Ergebnis gesenkt werden kann. Wenn die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung beispielsweise für ein Ventil angewendet wird, wird dementsprechend das zum Öffnen oder Schließen desselben benötigte Handdrehmoment beträchtlich reduziert. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung für Teile zu verwenden, wo die Achse gewöhnlich so häufig zu bewegen ist, dass Vorrichtungen und Stopfbuchsendichtungen durch Dichtungsabrieb beträchtlich verschlechtert werden. Da ein niedriger Einspannflächendruck ausreichend ist, kann daher gesagt werden, dass: die Installierung und Einspannung einfach ausgeführt werden können und keine große Kraft selbst zum Halten des eingespannten Zustands erforderlich ist und dass die Handhabung äußerst hervoreagend ist. Zusätzlich kann auch die Kompaktheit der gesamten Dichtungsvorrichtung erreicht werden.
Auf diese Weise wurde die folgende Simulation durchgeführt, um direkt von einem Aspekt des funktionalen Mechanismus zu erklären, dass beispielsweise das Dichtungsvermögen der Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung demjenigen der konventionellen Stopfbuchsendichtung beträchtlich überlegen ist (deren Querschnittsform rechteckig ist).
Das heißt, es wurden zu der Stopfbuchsendichtung (3) und der Vergleichsstopfbuchsendichtung (1) Dichtungsvorrichtungen modelliert, die insgesamt jeweils 4 Ringe beider Stopfbuchsendichtungen in der wie in 5(a) gezeigten Form aufwiesen, und die zu den Dichtungsflächen an der Innendurchmesserseite und an der Außendurchmesserseite übertragenen Flächendrucke (MPa) wurde durch die folgenden detaillierten Simulationen bestimmt. Hier wurde hinsichtlich der Stopfbuchsendichtung (3) ein Fall simuliert, in dem Abdichtung unter einem Einspannflächendruck von 20 MPa ausgeführt wurde, und hinsichtlich der Vergleichsstopfbuchsendichtung (1) wurden Fällen simuliert, bei denen Abdichtung unter Einspannflächendrucken von 20 MPa bzw. 45 MPa durchgeführt wurden.
Während die obigen Simulationen ausgeführt wurden, wurden die zu den Dichtungsflächen an der Innendurchmesserseite und der Außendurchmesserseite übertragenen Flächendrucke durch finite Elementanalyse (FEA) in einem Zustand bestimmt, in dem die Stopfbuchsendichtungen zu der Dichtungsvorrichtung installiert und festgezogen wurden, wobei die übertragenen Flächendrucke durch den Einspannflächendruck verursacht wurden. Das Verfahren von achsensymmetrischer Elastizitätsberechnung wurde auf die finite Elementanalyse (FEA) angewendet, und anschließend wurden andere Teile als die Stopfbuchsendichtung (z. B. die Achse, Stopfbuchse, und der Dichtungshalter) aus starren Körpern gebildet. Reibungskoeffizient, Elastizitätsmodul, Poissonscher Beiwert, Dichte und die Anzahl von Elementen wurden als Materialkonstanten der Stopfbuchsendichtung verwendet. Diese Werte wurden durch Bezugnahme beispielsweise auf den Formänderungsanteil, Rückführanteil, und Abmessungsänderungen pro einzelnem Ring der Stopfbuchsendichtung sowie Literaturwerten festgelegt. Genau ausgedrückt, wurden Reibungskoeffizient, Elastizitätsmodul, Poissonscher Beiwert und Dichte bei 0,3, 117,68 MPa, 0,3 bzw. 1,70 g/cm³ festgelegt. Die Anzahl von Elementen wurde bei 400 in Bezug zu den gesamten installierten Stopibuchsendichtungen (4 Ringe) festgelegt.
Als nächstes wurde der "Längenabstand" von der Druckfläche des Dichtungshalters zum inneren Bodenteil der Stopfbuchse, wenn der Dichtungshalter festgezogen war, als "1" betrachtet, und dann wurden Graphen angefertigt, wie sie in den 14 und 15 gezeigt sind, in denen die X-Achse ein Längenabstand von der Druckfläche des Dichtungshalters ist, und in denen die Y-Achse ein "übertragener Flächendruck (MPa)" ist, der diesem Längenabstand entspricht. Im Übrigen ist der übertragene Flächedruck von der Außendurchmesserseite der Stopibuchsendichtung zur Innenwandfläche der Stopf buchse in 14 gezeigt, und der von der Innendurchmesserseite zur Achsen- (Stangen-) Oberfläche übertragene Flächendruck ist in 15 gezeigt.
Den wie in den 14 und 15 gezeigten Ergebnissen ist das Folgende zu entnehmen. Spezifisch hat die Stopfbuchsendichtung der vorliegenden Erfindung einen Spannungskonzentrationspunkt, wo der Einspannflächendruck hocheffizient zu beiden Dichtungsflächen übertragen wird, die an der Innen- und Außendurchmesserseite angeordnet sind. Wenn diese Stopfbuchsendichtung für eine Dichtungsvorrichtung verwendet wird, existierten daher für einen definitiven Einspannflächendruck mindestens zwei Dichtungsteile mit akuter Spitzenwertbildung (Dichtungsteile mit großem übertragenem Flächendruck), die im Vergleich mit Fällen überlegen sind, in denen Stopfbuchsendichtungen des konventionellen Typs (deren Querschnittsformen rechteckig sind) verwendet werden. Außerdem liegen die Spitzengrößen auf beinahe der gleichen Höhe in einem jeglichen Vergleich zwischen den Spitzenwerten der Innendurchmesserseite, den Spitzenwerten der Außendurchmesserseite, und zwischen den Spitzenwerten der Innendurchmesserseite und den Spitzenwerten der Außendurchmesserseite, und stabile Spitzenwerte werden ungeachtet des Abstands von der Einspannfläche oder ob an der Innendurchmesserseite oder an der Außendurchmesserseite erreicht. Dementsprechend kann ein effizienter und mehrstufig erfolgender synergistischer Dichtungseffekt gezeigt werden, und von diesem wird festgestellt, dass nicht nur hervonagendes Dichtungsvermögen, wie es an jeden Spitzenteil gezeigt wird, sondern auch insgesamt Dichtungseffekte gewährleistet werden, die viel wirksamer und hervonagender als Konventionelle sind.
INDUSTRIELLE ANWENDUNG
Die vorliegende Erfindung kann eine neue Stopfbuchsendichtung und eine diese aufweisende Dichtungsvorrichtung schaffen, wobei die Stopfbuchsendichtung hohes und stabiles Dichtungsvermögen für eine Stange und eine Innenwandfläche einer Stopfbuchse sogar bei Verwendungen zeigt, die die Beweglichkeit (Drehung und Hin- und Herbewegung) erfordern, und liefert ferner hervorragende Effekte wie zum Beispiel Senkung des Bewegungswiderstands einer Stange, Formstabilität, Anpassungsfähigkeit an eine korrodierte und abgenutzte Stange und Stopfbuchse, Funktion zum Aufnehmen von Wellen, Installationsleichtigkeit, Vereinfachung der Dichtungsstruktur, sowie Kompaktheit einer Dichtungsvorrichtung.

Claims

Stopfbuchsendichtung (1) für eine Stopfbuchse (6), die ein Dichtungsring ist, der infolge von Kompression elastisch verformt werden kann und dessen Querschnittsform ein Viereck ist, wobei beide Kanten an der Seite des Innendurchmessers und des Außendurchmessers (1c, 1d) des Vierecks parallel zur zentralen Achse (2a) der Stopfbuchsendichtung (1) sind und wobei die anderen zwei Kanten (1a, 1b) Schrägen der gleichen Ausrichtung zu einer Achse (2b) rechtwinkelig zu der zentralen Achse (2a) haben, und wobei an einem spitzwinkligen Teil an der Innendurchmesserseite und einem spitzwinkligen Teil an der Außendurchmesserseite des Viereckes flache Teile (3a, 4b) ausgebildet sind, wobei die Stopfbuchsendichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Neigungswinkel der anderen zwei Kanten (1a, 1b) kleiner als 40° sind und der Dichtungsring (1) ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Gestrick- und Flechtdichtungen, laminierten Dichtungen, Graphitdichtungen und aus Kunstharz geformten Dichtungen.
Dichtungsvorrichtung, die mit Stopfbuchsendichtungen (1) ausgerüstet ist, die in einer Stopfbuchse (6) übereinander gestapelt sind, und die die Stopfbuchse abdichten, wobei jede der Stopfbuchsendichtungen eine Stopfbuchsdichtung ist, bei der flache Teile (3a, 4b) an einem spitzwinkligen Teil an der Innendurchmesserseite und einem spitzwinkligen Teil an der Außendurchmesserseite eines Dichtungsrings angeordnet sind, die infolge von Kompression elastisch verformt werden können, und deren Querschnittsform ein Viereck ist mit zwei Kanten (1c, 1d) an den Seiten des Innendurchmessers und des Außendurchmessers des Vierecks, wobei die zwei Kanten parallel zur zentralen Achse (2a) der Stopfbuchsendichtung sind; und zwei anderen Kanten (1a, 1b), die Schrägen mit der glei chen Ausrichtung zur vertikalen Achse (2b) rechtwinklig zur zentralen Achse (2a) haben, und wobei wenigstens eine der Stopibuchsendichtungen (1), mit der die Stopfbuchse (6) ausgestattet ist, in dieser so ausgestattet ist, dass die Ausrichtungen der Schrägen der anderen zwei Kanten (1a, 1b) der wenigstens einen der Stopibuchsendichtungen (1) sich von derjenigen der anderen Stopfbuchsendichtungen unterscheidet, wobei die Dichtungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass: die Winkel der Schrägen der anderen zwei Kanten (1a, 1b) kleiner als 40° sind; und der Dichtungsring (1) ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Gestrick- und Flechtdichtungen, laminierten Dichtungen, Graphitdichtungen und aus Kunstharz geformten Dichtungen.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei alle Stopibuchsendichtungen (1), mit der die Stopfbuchse (6) ausgestattet ist, in dieser so ausgestattet sind, dass die Ausrichtungen der Schrägen der anderen zwei Kanten von jeder Stopibuchsendichtung (1) sich von denjenigen ihrer benachbarten Stopfbuchsendichtung unterscheiden.
Dichtungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, die weiterhin an der Seite des innen liegenden Bodens und/oder der Seite des Packungshalters (8) mit einer Anpassbeilagscheibe (10) ausgerüstet ist.