DE19905831C1 - Verfahren zur Herstellung eines Balges zur Abdichtung einer in einem Gehäuse angeordneten Durchführung für eine in dieser axial verschieblichen Stange - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Balges zur Abdichtung einer in einem Gehäuse angeordneten Durchführung für eine in dieser axial verschieblichen StangeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Balges zur Abdichtung einer in einem Gehäuse angeordneten Durchführung für eine in dieser axial verschieblichen Stange, insbesondere ausgebildet als Faltenbalg oder Wellrohr und insbesondere angewendet auf eine Ventilstangendurchführung in einem Hubventil für aseptische Anwendungen, mit einem Balg, der die Stange koaxial umschließt, der jeweils endseitig einerseits mit dem Gehäuse im Bereich der Durchführung und andererseits mit der Stange unmittelbar oder mittelbar verbunden ist und der im stangennahen Bereich seiner Balgfalten eine diesen Bereich jeweils ringförmig dauerhaft stützende Armierung aufweist, die stoffschlüssig mit dem Material des Balges verbunden ist. Mit der Erfindung soll die Herstellung eines durch Armierungen stabilisierten Balges der eingangs genannten Art einfacher und kostgengünstiger als bisher durchgeführt werden. Dies wird dadurch erreicht, daß das Material für die Armierung (2; 2*) und jenes für den Balg (1) auf dem Wege des Sinterns oder des Spritzgießens an den hierfür vorgesehenen Stellen lokal plaziert, zusammengeführt und verbunden wird (Figur 1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Balges zur Abdichtung
einer in einem Gehäuse angeordneten Durchführung für eine in dieser axial ver
schieblichen Stange, insbesondere ausgebildet als Faltenbalg oder Wellrohr und
insbesondere angewendet auf eine Ventilstangendurchführung in einem Hubventil
für aseptische Anwendungen, mit einem Balg, der die Stange koaxial umschließt,
der jeweils endseitig einerseits mit dem Gehäuse im Bereich der Durchführung
und andererseits mit der Stange unmittelbar oder mittelbar verbunden ist und der
im stangennahen Bereich seiner Balgfalten eine diesen Bereich jeweils ringförmig
dauerhaft stützende Armierung aufweist, die stoffschlüssig mit dem Material des
Balges verbunden ist.
Ein Balg der eingangs beschriebenen Art, allerdings ohne stützende Armierung,
findet beispielsweise Verwendung in Hubventilen, die vorzugsweise als Absperr
ventile ausgeführt und entsprechend eingesetzt werden. Dabei ist wenigstens ei
ne Komponente der Öffnungs- und Schließbewegung des Verschlußteils senk
recht zu den Abschlußflächen, den Sitzflächen, gerichtet. Die Durchführung der
das Verschlußteil betätigenden Ventilstange durch das Ventilgehäuse wird mit
einem Balg überbrückt, der die Ventilstange konzentrisch umschließt. Dieser
Balg, der als Faltenbalg (DE 32 15 799 C2), Wellrohr oder Membran
(EP 0 508 658 B1) ausgebildet sein kann, erstreckt sich in der Regel vom Ver
schlußteil bis zu jenem Bereich des Ventilgehäuses, welches von der Ventilstange
durchdrungen ist.
Eine derartige Ventilstangenabdichtung mittels eines Balges hat den Vorteil, daß
kein Dichtungsspalt zwischen der in axialer Richtung verschieblichen Ventilstange
und dem ortsfesten Ventilgehäuse vorhanden ist, in den durch die Relativbewe
gung der Ventilstange gegenüber dem Ventilgehäuse eine Produktverschleppung
stattfinden kann. Es ist bekannt, daß derartige Dichtungsspalte sanitäre Problem
zonen darstellen, in denen Bakterien- oder Keimbildung auftreten kann, wodurch
dann infolge der Ventilstangenbewegung, des sog. "Fahrstuhleffektes", Reinfek
tionen des Produktes im Ventilgehäuse hervorgerufen werden können.
Das vorgenannte Problem ist aber nicht nur bei Ventilstangendurchführungen re
levant, sondern auch bei jeglichen Stangendurchführungen durch Gehäuse, die
einerseits ein Produkt und andererseits ein anderes Medium, welches mit dem
Produkt nicht in Berührung kommen darf, voneinander abgrenzen und bei denen
der sog. "Fahrstuhleffekt" durch die Relativbewegung zwischen der Stange und
ihrer Durchführung in Erscheinung tritt.
Für hohe sanitäre Ansprüche, insbesondere im Aseptikbereich der Pharma-,
Chemie- oder Nahrungsmittelindustrie ist die Anwendung eines Balges zur Ab
dichtung einer Stangendurchführung für axial verschiebliche Stangen obligato
risch. Aus der vorgenannten DE 32 15 799 C2 ist ein aseptisches Ventil bekannt,
das ein mit einem konischen Sitz in einem Ventilgehäuse zusammenwirkendes
Verschlußteil mit entsprechender Ringdichtfläche aufweist, wobei das Ver
schlußteil über eine Spindel an einem Stellantrieb angeschlossen ist und mit ei
nem die Spindel koaxial umgebenden, die Spindelabdichtung bildenden Falten
balg verbunden ist, der an seinem freien Ende einen zwischen dem eigentlichen
Ventilgehäuse und einer Ventillaterne einspannbaren Anschlußflansch mit einer
konischen Dichtfläche aufweist, die gegen eine komplementäre Ringsitzfläche des
Gehäuses anliegt, wobei das Verschlußstück, der Faltenbalg und sein Anschluß
flansch eine als Ganzes auswechselbare, nach oben offene, rotationssymmetri
sche Ersatz-Einheit bilden. Diese sog. Ersatz-Einheit ist beispielsweise aus einem
Polytetrafluorethylen-Werkstoff (PTFE, beispielsweise Teflon) hergestellt, der als
positive Eigenschaften hohe Elastizität, chemische Widerstandsfähigkeit und eine
lange Lebensdauer unter Inkaufnahme einer relativ großen plastischen Duktilität
(starke Neigung zum "Fließen" bzw. "Kriechen") aufweist.
Der aus der DE 32 15 799 C2 bekannte Faltenbalg umschließt die Ventilstange
mit relativ großem radialen Spiel. Letzteres erlaubt zwar den Einblick in den Bal
ginnenraum und begünstigt damit möglicherweise ein rechtzeitiges Erkennen ei
nes Balgdefektes, es ist jedoch im Hinblick auf die Balgstabilität infolge Angriff der
Strömungs- und Druckkräfte aus dem den Balg umgebenden Raum eher ungün
stig. Bedingt Abhilfe kann hier entweder eine Verringerung des Balgdurchmessers
im Bereich der Balgfalten oder eine Vergrößerung des Stangendurchmessers
schaffen. Die erste Maßnahme führt jedoch zu einer größeren Beanspruchung
des gehäuseseitigen Anschlußflansches des Faltenbalges mit einem Biegemo
ment, wodurch der kritische Spalt zwischen der konischen Dichtfläche des An
schlußflansches und seiner komplementären Ringsitzfläche im Gehäuse dyna
misch wechselnd beansprucht wird. Infolge der bestehenden Fließneigung des
Balgmateriales bei hohem Produktdruck und hoher Produkttemperatur besteht die
Gefahr einer Aufweitung des Spaltes und eines Eindringens von Produkt in die
sen Bereich mit all den bekannten nachteiligen Folgen, unter anderem Keimbil
dung und Reinfektion des Produktes.
Läßt man die vorgenannte Spaltproblematik im Bereich des Anschlußflansches
des Balges einmal außer acht und richtet man sein Augenmerk ausschließlich auf
die Erhöhung der Balgstabilität im Bereich der Balgfalten, dann läßt sich diese
Erhöhung erzielen durch Verkleinerung des Zwischenraumes zwischen den
Balgfalten und der Ventilstange über entweder eine Reduzierung des Balgdurch
messers oder, bei unverändertem Balgdurchmesser, über eine Stützung von in
nen, beispielsweise durch eine Vergrößerung des Stangendurchmessers, durch
Einziehen eines den Balg eng berandenden Stützrohres (DE 42 43 111 A1) oder
durch jeweils eine den stangennahen Bereich einer Balgfalte ringförmig dauerhaft
stützende Armierung (DE 90 02 032 U1; DE 23 57 018 A1; GB 1 018 758).
Bei der Stützung von innen scheidet als Mittel die Stange oder das Stützrohr aus
den nachfolgend genannten Gründen in der Regel aus. Es hat sich nämlich ge
zeigt, daß bei Balgmaterialien, die eine starke Neigung zu bleibender Formverän
derung unter Beanspruchung, zum sog. "Kriechen" haben, wie beispielsweise
Polytetrafluorethylen, die stangennahen Bereiche der Balgfalten durch diese blei
bende Formveränderung an der Stange bzw. dem Stützrohr in zunehmendem
Maße anliegen, so daß der jeweilige Falteninnenraum, einerseits begrenzt durch
die Balgfalte und im Innenbereich durch die Stange bzw. das Stützrohr selbst,
eine in sich geschlossene Kaverne bildet, aus der das dort eingeschlossene
Medium nicht oder nur unzureichend entweichen kann. Bei dem eingeschlosse
nen Medium kann es sich entweder um ein Kontrollmedium handeln, mit welchem
der Balginnenraum angefüllt ist und das über geeignete Einrichtungen detektier
bar ist, oder um in den Balginnenraum
eintretende, durch einen Balgdefekt entstandene Leckagen (beispielsweise Pro
dukt). Eine zuverlässige und zeitnahe Anzeige eines Balgdefektes oder dessen
unverzügliche Detektierung ist damit in Frage gestellt.
Zwischen Faltenbalg und Stange besteht infolge der axialen Verschiebung der
Stange eine Relativbewegung, die an der Verbindungsstelle zwischen Balg und
Stange gegen Null geht und am gehäuseseitigen Ende des Balges ihren größten
Wert aufweist. Durch das Anliegen der Balgfalten an der Stange wird infolge der
Reibung zwischen Balgfalte und Stange diese Relativbewegung behindert. Dies
kann so weit gehen, daß in Bereichen mit geringer Relativbewegung letztere
gänzlich unterbleibt und nur die Balgfalten in der Nähe des gehäuseseitigen An
schlusses des Balges die gesamte Verschiebebewegung der Stange ausführen
müssen. Dadurch kommt es in diesem Bereich zu höheren Beanspruchungen als
bei der Auslegung zugrundegelegt, mit der möglichen Folge eines vorzeitigen
Balgbruchs und damit einer Verkürzung der Lebensdauer des Balges.
Die vorgenannten Nachteile lassen sich vermeiden, wenn der Balg im stangenna
hen Bereich seiner Balgfalten eine diesen Bereich jeweils ringförmig dauerhaft
stützende Armierung aufweist. Diese Armierung kann entweder form- und/oder
kraftschlüssig mit dem Material des Balges verbunden sein (DE 90 02 032 U1)
oder es wird eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Vulkanisieren,
vorgesehen (u. a. in DE 23 57 018 A1).
Die Herstellung derart armierter Bälge ist einerseits relativ aufwendig, anderer
seits behindern die form- und/oder kraftschlüssig eingebetteten Armierungen eine
zuverlässige und zeitnahe Anzeige eines Balgdefektes oder dessen unverzügli
che Detektierung.
Im Zusammenhang mit der Herstellung eines Faltenbalges wurde bereits vorge
schlagen, dessen Formgebung durch Schneiden aus dem "Vollen", beispielsweise
aus einem Kunststoffrohr, zu verwirklichen (US 2 341 556). Die spanende Her
stellung eines Metallbalges hoher Festigkeit ist in der AT-PS 116 624 beschrie
ben. Dieses bekannte Herstellverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der Me
tallbalg aus einem ausgebohrten und außen und innen tief genuteten zylindri
schen Stahlblock besteht, dessen beide Enden zur unmittelbaren Befestigung
eingerichtet sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines
durch Armierungen stabilisierten Balges der eingangs genannten Art einfacher
und kostengünstiger als bisher durchzuführen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens ist Gegenstand
des Unteranspruchs 2. In Anspruch 3 wird eine sog. Schließglied-Einheit für ein
Hubventil beansprucht, welches unter anderem mit einem durch das Herstellver
fahren gemäß der Erfindung erzeugten Balg ausgestattet ist.
Mit Blick auf eine stoffschlüssige Verbindung der Materialien für Balg und Armie
rung ist nach der Erfindung vorgesehen, daß das Material für die Armierung und
jenes für den Balg auf dem Wege des Sinterns oder des Spritzgießens an den
hierfür vorgesehenen Stellen lokal plaziert, zusammengeführt und verbunden
wird. Die endgültige Formgebung des Balges erfolgt dann, wie dies bislang das
Herstellungsverfahren eines derartigen Balges aus Kunststoff auszeichnet, durch
spanende Bearbeitung.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des vorgeschlagen Herstellungsverfahrens sieht
vor, daß in einem ersten Schritt die Armierung in Gestalt eines mehr als eine Ar
mierung umfassenden hülsenförmigen Bauteils mit dem Material des Balges ver
bunden wird, und daß in einem zweiten Schritt das hülsenförmige Bauteil durch
spanende Bearbeitung eine Vereinzelung in die ringförmigen Armierungen erfährt.
Die Verbindung der beiden Materialien im ersten Schritt erfolgt durch stoffschlüs
sige Verbindung auf dem Wege des Sinterns oder des Spritzgießens dieser Mate
rialien. Die Vereinzelung der ringförmigen Armierungen erfolgt dann im zweiten
Schritt durch spanende Bearbeitung, und zwar beispielsweise dadurch, daß im
Bereich der sich von innen nach außen auswölbenden Balgfalte das hülsenförmi
ge Bauteil im Wege eines radialen Einstichs aufgetrennt und damit vereinzelt
wird.
Der mit den vorgeschlagenen Herstellungsverfahren erzeugte Balg läßt sich in
vorteilhafter Weise in einer sog. einstückigen, auswechselbaren Schließglied-
Einheit für ein Hubventil zur Anwendung bringen. Diese Schließglied-Einheit wird
von einem Verschlußteil des Hubventils, dem Balg und an seinem gehäuseseiti
gen freien Ende von einem gehäuseseitigen Befestigungsteil, das in einer kom
plementären Aufnahme im Gehäuse eingebettet ist, gebildet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einer einzigen Fig. 1 der Zeichnung
dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Fig. 1 zeigt im Mittelschnitt eine sog. Schließglied-Einheit, die im mittleren Teil
aus einem Balg 1 besteht, der jeweils endseitig einerseits mit einem gehäusesei
tigen Befestigungsteil 3 und andererseits mit einem Verschlußteil 4 verbunden ist.
Der Balg 1, das gehäuseseitige Befestigungsteil 3 und das Verschlußteil 4 bilden
eine einstückige Einheit. Der Balg 1 selbst besteht aus einer Vielzahl von konvex
und konkav ausgebildeten und in dieser Ausgestaltung wechselseitig aneinan
dergereihten Balgfalten 1a, wobei die, bezogen auf den Balginnenraum, konvex
ausgewölbte jeweilige Balgfalte 1a einen Hohlraum H bildet. Das gehäuseseitige
Befestigungsteil 3 besteht in der dargestellten Ausführungsform aus einer sich
vorzugsweise in radialer Richtung erstreckenden Verschlußplatte 3a, an die sich
über ein nicht näher bezeichnetes kragenförmiges Übergangsteil ein Flansch 3b
anschließt. Im stangennahen Bereich des gehäuseseitigen Befestigungsteils 3
mündet letzteres in ein inneres Befestigungsstück 3c aus, welches beispielsweise
mit einem Außengewinde versehen ist und mit diesem im zugeordneten Gehäu
seteil eingeschraubt ist. Das Verschlußteil 4 weist im vorliegenden Falle eine ko
nische Form auf, wobei die Mantelfläche des Verschlußteils 4 als Sitzfläche dient
und mit einer entsprechend ausgestalteten Sitzfläche in einem nicht dargestellten
Gehäuse zusammenwirkt. Die Schließglied-Einheit 1, 3 und 4 wird von einer
Stange 5 koaxial durchdrungen, die in einen Gewindezapfen 5a ausmündet und
mit diesem in einer Verankerung 4a, die im Verschlußteil 4 eingebettet ist, einge
schraubt ist.
Im stangennahen Bereich einer Balgfalte 1a ist eine diesen Bereich ringförmig
dauerhaft stützende Armierung 2 bzw. 2* vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel
berandet die Armierung 2 bzw. 2* die Balgfalte 1a von innen; die Armierung und
das Material des Balges sind stoffschlüssig miteinander verbunden.
Sofern die jeweiligen ringförmigen Armierungen 2 in dieser Gestalt mit der jeweili
gen Balgfalte 1a verbunden bzw. in das Material der Balgfalte hineingebracht
oder an dieses herangebracht werden, sind die in Frage kommenden Armierun
gen mit dem Bezugszeichen 2 versehen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung des
Balges werden in einem ersten Schritt die Armierungen in Gestalt eines mehr als
eine Armierung umfassenden hülsenförmigen Bauteils mit dem Material des Bal
ges 1 verbunden. Danach erfährt das hülsenförmige Bauteil in einem zweiten
Schritt durch spanende Bearbeitung eine Vereinzelung, wodurch die ringförmigen
Armierungen 2* entstehen. Die Armierungen 2* sind demzufolge derart zu deuten,
daß sie aus einem hülsenförmigen Bauteil im Wege einer spanenden Bearbeitung
durch Vereinzelung entstanden sind, während die einzelnen ringförmigen Armie
rungen 2 bereits beim Einbringen in den Balg 1 ihre endgültige Form besaßen.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung eines Balges zur Abdichtung einer in einem
Gehäuse angeordneten Durchführung für eine in dieser axial verschieblichen
Stange, insbesondere ausgebildet als Faltenbalg oder Wellrohr und insbeson
dere angewendet auf eine Ventilstangendurchführung in einem Hubventil für
aseptische Anwendungen, mit einem Balg, der die Stange koaxial umschließt,
der jeweils endseitig einerseits mit dem Gehäuse im Bereich der Durchführung
und andererseits mit der Stange unmittelbar oder mittelbar verbunden ist und
der im stangennahen Bereich seiner Balgfalten (1a) eine diesen Bereich je
weils ringförmig dauerhaft stützende Armierung aufweist, die stoffschlüssig mit
dem Material des Balges verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die Armierung (2; 2*) und je
nes für den Balg (1) auf dem Wege Sinterns oder des Spritzgießens an den
hierfür vorgesehenen Stellen lokal plaziert, zusammengeführt und verbunden
wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines Balges nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Schritt die Armierungen (2*) in
Gestalt eines mehr als eine Armierung (2*) umfassenden hülsenförmigen
Bauteils mit dem Material des Balges (1) verbunden wird, und daß in einem
zweiten Schritt das hülsenförmige Bauteil durch spanende Bearbeitung eine
Vereinzelung in die ringförmigen Armierungen (2*) erfährt.
3. Balg nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Balg (1) an seinem gehäuseseitigen freien Ende ein gehäuseseitiges Befesti
gungsteil (3; 3a, 3b, 3c) aufweist, das in einer komplementären Aufnahme im
Gehäuse eingebettet ist, daß der Balg (1) an seinem anderen Ende mit einem
Verschlußteil (4) eines Hubventils verbunden ist, und daß das Verschlußteil
(4), der Balg (1) und sein Befestigungsteil (3) eine einstückige, auswechselba
re Schließglied-Einheit (1, 3, 4) bilden.
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Date | Code | Title | Description |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |