DE19905831C1 - Verfahren zur Herstellung eines Balges zur Abdichtung einer in einem Gehäuse angeordneten Durchführung für eine in dieser axial verschieblichen Stange - Google Patents

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.