WO2008128632A1

WO2008128632A1 - Metallbalg und ventil mit einem solchen metallbalg

Info

Publication number: WO2008128632A1
Application number: PCT/EP2008/002724
Authority: WO
Inventors: Glenn Ferreira
Original assignee: Suedmo Holding Gmbh
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2008-04-05
Publication date: 2008-10-30
Also published as: DE102007020301A1

Abstract

Ein Metallbalg (50) zur Einkapselung eines Antriebsschafts eines Ventilantriebs weist einen Balgkörper (52) auf, der eine in Umfangsrichtung in sich geschlossene und sich in einer Längsrichtung erstreckende Balgwand (56) aufweist, die von innen gesehen eine Mehrzahl an alternierend aufeinander folgenden radialen Ausbuchtungen (62) und Einbuchtungen (64) aufweist, wobei die Ausbuchtungen (62) der Balgwand (56) jeweils einen radial nach innen offenen Hohlraum (66) bilden, dessen radial äußere Innenseite (68) bogenförmig gekrümmt ist. Zumindest in dem Hohlraum (66) einer der Ausbuchtungen (62) ist ein Stützelement (70) angeordnet, das im Querschnitt einen Form widerstand gegen in der Längsrichtung des Balgkörpers (52) wirkende Kompressionskräfte aufweist.

Description

Metallbalg und Ventil mit einem solchen Metallbalg

Die Erfindung betrifft einen Metallbalg zur Einkapselung eines Antriebsschafts eines Ventilantriebs, mit einem Balgkörper, der eine in Umfangsrichtung in sich geschlossene und sich in einer Längsrichtung erstreckende Balgwand aufweist, die von innen gesehen eine Mehrzahl an alternierend aufeinander folgenden radialen Ausbuchtungen und Einbuchtungen aufweist, wobei die Ausbuchtungen der Balgwand jeweils einen radial nach innen offenen Hohlraum bilden, dessen radial äußere Innenseite bogenförmig gekrümmt ist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Ventil zur Verbindung zweier Rohrleitungen einer Anlage zur Produktführung für die lebensmitteltechnische oder chemische Industrie, insbesondere ein Aseptik-Ventil, mit einem solchen Metallbalg. Ein Metallbalg und ein Ventil der vorstehend genannten Art sind aus dem Dokument DE 42 43 111 Al bekannt.

Ein Ventil der eingangs genannten Art wird in der lebensmitteltechnischen oder chemischen Industrie in prozessgesteuerten produktführenden Anlagen zur Verbindung und Absperrung zweier Rohrleitungen verwendet, in denen Produkte oder Medien geführt werden, die miteinander nicht vermischt werden dürfen.

In prozesstechnischen Anlagen, an die höchste Anforderungen an die Sterilität des Prozesses gestellt werden, werden aseptische Ventile verwendet, die üblicherweise einen oder mehrere Ventilbälge aufweisen, um den Antrieb eines oder mehrerer Absperrorgane von dem Innenraum des Ventilgehäuses, in dem ein chemisches oder Lebensmittelprodukt fließt, hermetisch dicht zu trennen, damit es ausgeschlossen ist, dass das Produkt und mögliche Produktverschleppungen mit der Atmosphäre in Kontakt kommt bzw. kommen. Durch den Kontakt des Produktes mit der Außenatmosphäre kann das Produkt verunreinigt werden.

Das aus dem oben genannten Dokument bekannte Ventil ist ein Doppelsitzventil, das als Absperrorgane zwei Ventilteller mit jeweils zugehörigem Ventilsitz aufweist. Die beiden Ventilteller sind über einen Schaft mit einem Steuerantrieb verbunden, der die beiden Ventilteller zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung relativ zu den Ventilsitzen bewegen kann. Das bekannte Ventil weist zwei Metallbälge auf, von denen einer den Antriebsschaft zwischen den beiden Ventiltellern einkapselt und der andere den Abschnitt des Antriebsschaftes umgibt, der sich von dem antriebsseitigen Ventilteller durch das Ventilgehäuseinnere in Richtung Steuerantrieb erstreckt.

Bei den durch den Steuerantrieb vermittelten Hubbewegungen der Ventilteller werden die beiden Metallbälge elastisch gedehnt und gestaucht, was durch die einzelnen Balgwellen ermöglicht wird, die durch die Ausbuchtungen und Einbuchtungen gebildet werden. Beim Schalten des Ventils kann es in bestimmten Prozesssituationen zu Druckschlägen im Produkt und dadurch auf den Metallbalg kommen, die den Metallbalg mit starkem Impuls komprimieren. Dies kann dazu führen, dass eine oder mehrere oder gar alle der bogenförmig gekrümmten Ausbuchtungen übermäßig gestaucht werden, wodurch die bogenförmig gekrümmten Ausbuchtungen Knicke oder Falten bekommen. Wenn jedoch die bogenförmige Krümmung einer oder mehrerer Ausbuchtungen so stark zusammengepresst wird, dass sie knickt, verliert der Metallbalg seine Dehnungsfähigkeit bzw. -elastizität, was zum Brechen der Balgwand bei nachfolgenden Lastwechseln führen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Metallbalg der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Gefahr eines Brechens der Balgwand vermieden oder zumindest verringert wird.

Der Erfindung liegt des weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Ventil mit einem solchen Metallbalg bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe hinsichtlich des eingangs genannten Metallbalgs dadurch gelöst, dass zumindest in dem Hohlraum einer der Ausbuchtungen ein Stützelement angeordnet ist, das im Querschnitt einen Formwiderstand gegen in der Längsrichtung des Balgkörpers wirkende Kompressionskräfte aufweist.

Das erfindungsgemäß in zumindest einer der Ausbuchtungen, vorzugsweise in mehreren oder noch weiter vorzugsweise in allen Ausbuchtungen der Balgwand vorgesehene Stützelement bewirkt, dass die als Gelenk bei der Dehnung und Stauchung des Metallbalgs wirkende Ausbuchtung gegen ein Knicken bzw. gegen eine Faltenbildung geschützt ist. Das erfindungsgemäß vorgesehene zumindest eine Stützelement weist dazu im Querschnitt einen Formwiderstand auf, der ausreichend hoch ist, die bogenförmige Krümmung der Ausbuchtungen aufrecht zu erhalten. Die Gefahr eines Brechens der Balgwand aufgrund einer Knick- oder Faltenbildung in einer oder mehreren der Ausbuchtungen wird bei dem erfindungsgemäßen Metallbalg vermieden oder ist bei diesem zumindest verringert. Dies hat zur Folge, dass die Lebensdauer bzw. Standzeit des erfindungsgemäßen Metallbalgs gegenüber dem bekannten Metallbalg vorteilhafterweise erhöht ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Stützelement flexibel und in den Hohlraum lose eingelegt.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass der Herstellungsaufwand des erfindungsgemäßen Metallbalgs gering ist, weil das Stützelement nicht mit der Balgwand durch Kleben, Löten oder Schweißen oder dergleichen verbunden werden muss. Das Stützelement kann nach der Fertigung der Balgwand in den Hohlraum der Ausbuchtung eingebracht werden. Der weitere Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass die Dehnungsfähigkeit der Balgwellen nicht beeinträchtigt wird, da sich die Balgwand in Längsrichtung relativ zu dem Stützelement ungehindert bewegen kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung liegt das Stützelement mit radial nach außen gerichteter Spreizspannung an der radial äußeren Innenseite der Ausbuchtung an.

Hierbei ist von Vorteil, dass das Stützelement sich aufgrund der radial nach außen gerichteten Spreizspannung in dem Hohlraum selbst haltend festlegt, in dem es sich an die radial äußere Innenseite des Hohlraums selbsttätig anlegt. Der weitere Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass das Stützelement sich unmittelbar in dem Bereich der bogenförmigen Krümmung der Ausbuchtung befindet, der bei Druckschlägen besonders der Gefahr eines Knickens oder einer Faltenbildung unterliegt. Im Übrigen wird bei einer solchen Lage des Stützelements die Gelenkwirkung der bogenförmigen Krümmung der Ausbuchtung nicht oder nicht wesentlich beeinträchtigt, so dass der Metallbalg weiterhin insbesondere seine Stauchbewegungen bei den Schaltvorgängen des Ventils ungehindert ausführen kann. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung füllt das Stützelement formschlüssig die bogenförmige Krümmung der radial äußeren Innenseite aus.

In dieser Ausgestaltung wird der bogenförmig gekrümmte Bereich des Hohlraums der Ausbuchtung der Balgwand besonders gut gegen die Gefahr eines Knickens oder einer Faltenbildung geschützt, weil der für eine solche Faltenbildung besonders anfällige Bereich, nämlich das radial äußere Ende der Ausbuchtung, von dem Stützelement ohne Hohlraumbildung vollständig ausgefüllt ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung erstreckt sich das Stützelement vollumfänglich in dem Hohlraum.

Hierbei ist von Vorteil, dass die Ausbuchtung, in der das Stützelement angeordnet ist, über ihren gesamten Umfang gegen eine Knick- oder Faltenbildung geschützt ist. Es wäre zwar auch denkbar, dass sich das Stützelement nur über einen Teilumfangsbe- reich der Ausbuchtung erstreckt, jedoch sollte dann der Umfangsbereich der Ausbuchtung, in dem sich kein Stützelement findet, nicht so groß sein, dass eine Knickoder Faltenbildung zu erwarten ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Stützelement als federnd elastisches Element ausgebildet, das im entspannten Zustand länglich ist und durch Biegen aus seiner Längsrichtung gespannt wird.

Diese Maßnahme ist insbesondere in Verbindung mit der oben genannten Ausgestaltung von Vorteil, wonach das Stützelement mit radial nach außen gerichteter Spreizspannung an der radial äußeren Innenseite der Ausbuchtung anliegt. Das in der vorliegenden Ausgestaltung als federnd elastisches Element ausgebildete Stützelement wird beim Einlegen in den Hohlraum der Ausbuchtung konzentrisch zur Balgmittelachse gekrümmt, und legt sich dann aufgrund seiner federnd elastischen Eigenschaften mit radial nach außen gerichteter Spreizspannung an die radial äußere Innenseite der Ausbuchtung an. In der vorliegenden Ausgestaltung lässt sich das Stützelement sehr leicht von Hand und/oder mit einer Montagehilfsvorrichtung in den Hohlraum der Ausbuchtung einlegen, was den Vorteil einer einfachen Fertigung des Metallbalgs hat.

In einer alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist das Stützelement als in sich geschlossenes federnd elastisches Ringelement ausgebildet.

In dieser Ausgestaltung ist das Einbringen des Stützelements in den Hohlraum der Ausbuchtung zwar etwas schwieriger zu handhaben, weil das elastische Ringelement vor dem Einbringen in den Hohlraum entsprechend verformt werden muss, um sich danach in dem Hohlraum zu entfalten, jedoch hat diese Ausgestaltung den Vorteil, dass das Stützelement gegen ein Herausfallen aus dem Hohlraum der Ausbuchtung während des Betriebs des Metallbalgs im Ventil sicher vermieden wird. Auch in dieser Ausgestaltung legt sich das Stützelement mit radial nach außen gerichteter Spreizspannung an die radial äußere Innenseite der Ausbuchtung an.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Stützelement im Querschnitt aus einem Vollmaterial.

In dieser Ausgestaltung kann das Stützelement beispielsweise aus einem Federdraht mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt gebildet sein. Die Ausgestaltung des Stützelements aus einem Vollmaterial hat den Vorteil, dass das Stützelement einen sehr hohen Formwiderstand gegen Kompression und somit einen sehr hohen Schutz des bogenförmig gekrümmten Bereichs der Ausbuchtung bietet.

In einer dazu alternativen bevorzugten Ausgestaltung ist das Stützelement im Querschnitt hohl.

Auch mit einer hohlen Ausgestaltung des Stützelements kann dieses einen ausreichend hohen Formwiderstand gegen axial wirkende Kompressionskräfte besitzen. Der Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass das Stützelement gewichtsarm ist und eine hohe Flexibilität und Formanpassungsfähigkeit in Umfangsrichtung der bogenförmigen Krümmung der radial äußeren Innenseite der Balgwand besitzt.

Insbesondere im Zusammenhang mit der vorstehend genannten Ausgestaltung ist es des weiteren bevorzugt, wenn das Stützelement durch eine Schraubenfeder gebildet ist.

Eine Schraubenfeder besitzt zum einen eine besonders hohe Flexibilität und Formanpassungsfähigkeit, so dass sich das Stützelement in dieser Ausgestaltung auf leicht handhabbare Weise zunächst verformen lässt, um in den Hohlraum der Ausbuchtung eingebracht zu werden, und kann sich nach dem Einbringen in den Hohlraum aufgrund seiner hohen Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an die bogenförmige Krümmung des Hohlraums der Ausbuchtung besonders innig anschmiegen, weil es die dazu erforderliche radiale Spreizspannung aufbringt. Vorzugsweise liegen die Windungen der Schraubenfeder unmittelbar aneinander. Die Schraubenfeder kann als Ringelement oder als im Ausgangszustand längliches Element ausgebildet sein.

In einer alternativen Ausgestaltung kann das Stützelement auch einstückig mit der radial äußeren Innenseite der Ausbuchtung ausgebildet oder mit dieser stoffschlüssig verbunden sein.

In dieser Ausgestaltung kann das Stützelement beispielsweise bei der Herstellung der wellen- oder mäanderförmigen Balgwand in einem oder mehreren oder allen Ausbuchtungen im Bereich der radial äußeren Innenseite der Ausbuchtung(en) durch eine wulstartige Balgwandverstärkung bzw. -Verdickung ausgebildet werden, was den Vorteil hat, dass das Stützelement nicht nachträglich in einem weiteren Fertigungsschritt eingebracht werden muss. In der vorliegenden Ausgestaltung kann das Stützelement jedoch auch zunächst als separates Bauteil vorliegen, das dann in den Hohlraum der Ausbuchtung eingebracht und mit der radial äußeren Innenseite der Ausbuchtung durch Kleben, Schweißen, Löten oder dergleichen verbunden wird. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist in jeder Ausbuchtung ein Stützelement angeordnet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die gesamte Balgwand des Metallbalgs sicher gegen Knick- oder Faltenbildungen im Bereich der Ausbuchtungen geschützt ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist in zumindest zwei Ausbuchtungen jeweils eine Stützelement angeordnet, wobei die Stützelemente miteinander über einen flexiblen Rahmen miteinander verbunden sind.

Hierbei ist von Vorteil, dass im Fall, dass der Metallbalg eine Mehrzahl von Stützelementen aufweist, diese vor dem Einbringen in die Hohlräume der Ausbuchtungen zu einem einzigen Körper miteinander verbunden sind, so dass der Körper als Ganzes mit der Balgwand verbunden werden kann, was eine Mehrzahl an einzelnen Schritten des Einbringens einzelner Stützelemente einspart. In dieser Ausgestaltung muss jedoch dafür Sorge getragen werden, dass die zu einem Körper zusammengefassten Stützelemente eine ausreichend hohe Flexibilität und Anpassungsfähigkeit besitzen, um einerseits leicht in die Hohlräume der Ausbuchtungen eingebracht werden zu können, und andererseits sich in den Hohlräumen der Ausbuchtungen an die radial äußeren Innenseiten anlegen zu können. Außerdem darf der Rahmen nicht die Dehnungs- und Stauchfähigkeit der Balgwellen behindern.

Bei dieser Ausgestaltung ist es weiterhin bevorzugt, wenn die einzelnen Stützelemente mit dem Rahmen über eine Mehrzahl an sich radial erstreckenden Speichen verbunden sind.

Der Stützelementkörper ist in dieser Ausgestaltung in der Art eines Speichenkörpers ausgestaltet, wobei die einzelnen Stützelemente über den Speichenkörper miteinander verbunden sind. Die radialen Speichen behindern die axiale Dehnungs- und Standfähigkeit des Metallbalgs vorteilhafterweise nicht. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung bilden die Einbuchtungen jeweils einen radial nach außen offenen Hohlraum, wobei in zumindest einem der Hohlräume der Einbuchtungen ein Stützelement angeordnet ist, das gegen in der Längsrichtung wirkende Kompressionskräfte formbeständig ist.

In dieser Ausgestaltung sind zusätzlich auch die radial nach innen zurückversetzten bogenförmig gekrümmten Einbuchtungen gegen ein Knicken oder Falten geschützt. Auch die Balgwandabschnitte der bogenförmig gekrümmten Einbuchtungen wirken beim Dehnen und Stauchen des Metallbalgs als Gelenk, die bei Druckschlägen der Gefahr einer Knick- oder Faltenbildung unterliegen. Durch Vorsehen von einem oder mehreren Stützelementen in den Einbuchtungen können auch diese gegen Knickoder Faltenbildungen geschützt werden.

Ein erfindungsgemäßes Ventil zur Verbindung zweier Rohrleitungen einer Anlage zur Produktführung für die lebensmitteltechnische oder chemische Industrie, insbesondere ein Aseptik-Ventil weist einen Metallbalg gemäß einer oder mehrerer der vorstehend genannten Ausgestaltungen auf.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden mit Bezug auf diese hiernach näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine ausschnittsweise Darstellung eines Ventils einer Anlage zur Produktführung für die lebensmitteltechnische oder chemische Industrie im Längsschnitt;

Fig. 2 einen Metallbalg des Ventils in Fig. 1 in aufgebrochener Darstellung in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 ein Stützelement des Metallsbalgs in Fig. 2 in gegenüber Fig. 2 verkleinertem Maßstab in Alleinstellung und in Draufsicht;

Fig. 4 einen Schnitt durch das Stützelement in Fig. 3 entlang der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 ein gegenüber Fig. 3 und 4 abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Stützelements in einer zu Fig. 4 vergleichbaren Darstellung;

Fig. 6a) und b) ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stützelements zur Verwendung in dem Metallbalg in Fig. 2, wobei Fig. 6a) das Stützelement in einem Zustand vor dem Einbringen in den Metallbalg und Fig. 6b) das Stützelement in einem Zustand nach dem Einbringen in den Metallbalg darstellt;

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stützelements in Draufsicht zur Verwendung in dem Metallbalg in Fig. 2;

Fig. 8 eine ausschnittsweise Darstellung des Stützelements in Fig. 7 in einem Schnitt entlang einer Schnittebene parallel zur Ebene des Stützelements in Fig. 7;

Fig. 9 eine Anordnung von Stützelementen zur Verwendung in dem Metallbalg in Fig. 2 in einer ausschnittsweisen Darstellung und in einem Längsschnitt parallel zur Längsachse der Anordnung; und Fig. 10 eine Draufsicht auf die Stützelementanordnung in Fig. 9.

In Fig. 1 ist exemplarisch ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehenes Ventil für eine Anlage zur Produktführung für die lebensmitteltechnische oder chemische Industrie ausschnittsweise dargestellt. Das Ventil 10 dient zur Verbindung zweier Rohrleitungen, und weist dazu einen ersten Rohrstutzen 12 für die eine Rohrleitung und einen zweiten Rohrstutzen 14 für die andere Rohrleitung auf, wobei die beiden Rohrleitungen in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

Als Absperrorgane weist das Ventil 10 einen ersten Ventilteller 16 und einen zweiten Ventilteller 18 auf. Dem ersten Ventilteller 16 ist ein erster Ventilsitz 20 und dem zweiten Ventilteller 18 ein zweiter Ventilsitz 22 zugeordnet. Zwischen dem ersten Ventilteller 16 und dem zweiten Ventil teller 18 befindet sich ein Leckageraum 24, der außerdem durch eine Gehäusewand 26 begrenzt ist.

Der erste Ventil teller weist eine Dichtung 28 und der zweite Ventilteller 18 weist eine Dichtung 30 auf, wobei die Dichtungen 28 und 30 mit dem jeweiligen Ventilsitz 20 und 22 in der Schließstellung des Ventils 10 dichtend zusammenwirken.

Die linke Hälfte der Zeichnung in Fig. 1 zeigt die Schließstellung des Ventils 10 und die rechte Hälfte die Offenstellung des Ventils 10, in der die Ventilteller 16 und 18 von ihrem jeweiligen Ventilsitz 20, 22 entfernt sind.

Der erste Ventil teller 16 ist mit einem ersten Antriebsschaft 32 und der zweite Ventilteller 18 ist mit einem zweiten Antriebsschaft 34 verbunden, wobei die Antriebsschäfte 32, 34 mit einem nicht dargestellten Steuer antrieb, üblicherweise pneumatischmechanischer Natur, verbunden sind.

Die Antriebsschäfte 32, 34 sind in ihrem Abschnitt, der sich durch einen Produktraum 36 erstreckt, in dem sich während des Betriebs des Ventils Produkt befinden kann, und im Abschnitt zwischen den beiden Ventiltellern 16 und 18, durch jeweils einen Metallbalg 38 bzw. 40 hermetisch dicht eingekapselt.

In Fig. 2 ist ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 50 versehener Metallbalg dargestellt, der anstelle des Metallbalgs 38 oder des Metallbalgs 40 in Fig. 1 in dem Ventil 10 verwendet werden kann. Der Metallbalg kann jedoch auch in anderen Ventilen verwendet werden.

Der Metallbalg 50 weist einen Balgkörper 52 auf, der eine Längsachse 54 aufweist. Der Balgkörper 52 weist eine Balgwand 56 auf, die in Umfangsrichtung bezüglich der Längsachse 54 in sich geschlossen ist, und die sich in Längsrichtung, d.h. in Richtung der Längsachse 54 zwischen einem oberen Montageflansch 28 und einem unteren Montageflansch 60 erstreckt.

Die Balgwand 56 ist wellenförmig aufgebaut, d.h. sie weist von innen gesehen eine Mehrzahl an alternierend aufeinanderfolgenden radialen Ausbuchtungen 62 und Einbuchtungen 64 auf. Der in Fig. 2 gezeigte Metallbalg 50 weist insgesamt zehn Einbuchtungen 64 und neun Ausbuchtungen 62 auf. Die Anzahl an Einbuchtungen 64 und Ausbuchtungen 62 hängt von der für den Einbau in das Ventil 10 erforderlichen Länge des Metallbalgs 50 in Richtung der Längsachse 54 ab und kann entsprechend variieren.

Aufgrund der mäanderförmigen oder wellenförmigen Ausgestaltung der Balgwand 56 ist diese in der Lage, bei den einzelnen Hüben der Ventilteller 16 und/oder 18 sich in Richtung der Längsachse 54 zu dehnen oder zu stauchen. In Fig. 1 ist beispielsweise der Balg 38 auf der rechten Seite der Darstellung gegenüber dem Zustand auf der linken Seite gestaucht, ebenso gilt dies für den Balg 40.

Bei der herkömmlichen Bauweise derartiger Metallbälge, wie dies für den Metallbalg 38 oder dem Metallbalg 40 der Fall ist, kann es passieren, dass bei Druckschlägen der Metallbalg 38 oder der Metallbalg 40 so stark zusammengedrückt werden, dass die Ausbuchtungen, genauer gesagt ihre bogenförmig gekrümmten Wandabschnitte knicken oder sich scharfkantig falten. Solche Knicke oder Falten können mitunter irreversibel sein, wodurch die Dehnungsfähigkeit des Metallbalgs verringert wird oder im schlimmsten Fall gar verloren geht. Bei darauffolgenden Dehnungen des Metallbalgs können im Bereich der Knicke oder Falten Risse entstehen, die es erfordern, dass der Metallbalg ausgewechselt werden muss.

Bei dem Metallbalg 50 in Fig. 2 ist die Gefahr einer Knick- oder Faltenbildung beseitigt oder zumindest verringert, wie nachfolgen beschrieben wird.

Die bereits erwähnten Ausbuchtungen 62 der Balgwand bilden jeweils einen radial nach innen offenen Hohlraum 66, dessen radial äußere Innenseite 68 bogenförmig gekrümmt ist, im gezeigten Ausführungsbeispiel halbkreisförmig.

Um nun zu vermeiden, dass die Ausbuchtung 62 im Bereich ihres radial äußeren bogenförmig gekrümmten Wandabschnittes infolge eines Druckschlages knickt oder eine Falte bildet, ist in dem Hohlraum 66 ein Stützelement 70 angeordnet, das im Querschnitt einen Formwiderstand aufweist, derart, dass in Richtung der Längsachse 54 wirkende Kompressionskräfte nicht zu einem Knicken des bogenförmig gekrümmten Wandabschnitts der Ausbuchtung 62 führen.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist in jeder der Ausbuchtungen innenseitig ein derartiges Stützelement 70 angeordnet, d.h. in dem gezeigten Ausfuhrungsbeispiel sind insgesamt neun Stützelemente 70 vorhanden.

Jedes der Stützelemente 70 ist in der entsprechenden Ausbuchtung 62 innenseitig lose eingelegt, und ist dazu insbesondere flexibel ausgebildet. Die Flexibilität ermöglicht es, dass das Stützelement 70 zum Einlegen in die Ausbuchtung 62 verformt werden kann, damit es zwischen zwei benachbarte der Einbuchtungen 64 an diesen vorbei in den Hohlraum 66 der Ausbuchtung 62 eingebracht werden kann. Die Stützelemente 70 sind insbesondere so ausgestaltet, dass sie sich mit radial nach außen gerichteter Spreizspannung an die radial äußere Innenseite 68 der jeweiligen Ausbuchtung 62 anlegen.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, füllen die Stützelemente 70 die jeweilige Ausbuchtung 62 formschlüssig aus.

In Fig. 3 und 4 ist eines der Stützelemente 70 in Alleinstellung dargestellt. Die einzelnen Stützelemente 70 sind hier in Umfangsrichtung als in sich geschlossene federnd elastische Ringelemente ausgebildet, die gemäß Fig. 4 im Querschnitt kreisförmig sind. Die im Querschnitt kreisförmige Ausgestaltung der Stützelemente 70 ist so an die halbkreisförmige bogenförmige Krümmung der Innenseite 68 der jeweiligen Ausbuchtung 62 für ein formschlüssiges Ausfüllen der bogenförmigen Krümmung optimal angepasst.

Die Stützelement 70 können aus einem Vollmaterial bestehen, beispielsweise aus einem Federstahl.

Alternativ hierzu können die Stützelemente jedoch auch im Querschnitt hohl sein, wie in Fig. 5 für ein Stützelement 70' dargestellt ist.

Es versteht sich, dass die flexible Ausgestaltung der Stützelemente 70 nur für ein vereinfachtes Einlegen der Stützelemente 70 in die Hohlräume 66 der Ausbuchtungen 62 erforderlich ist, während die Stützelemente 70 im Querschnitt einen möglichst hohen Formwiderstand aufweisen sollten, um die zuvor erläuterte Knick- oder Faltenbildung in den Wellen der Balgwand 56 zu vermeiden.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stützelements 72, das im Unterschied zu den zuvor beschriebenen Stützelementen 70 oder 70' als federnd elastisches Element ausgebildet ist, das im Ausgangs- oder entspannten Zustand länglich ist (vergleiche Fig. 6a)) und durch Biegen aus seiner Längsrichtung gespannt wird. Zum Einlegen in die Ausbuchtungen 62 wird das Stützelement 72 gemäß Fig. 6b) gebogen, wodurch eine umfänglich offene Ringfeder entsteht, die sich in den jeweiligen Hohlraum 66 der jeweiligen Ausbuchtung 62 selbsttätig an die radial äußere Innenseite 68 der Balgwand 56 innig anschmiegt. Das Gleiche gilt auch für die zuvor beschriebenen Stützelemente 70 bzw. 70', d.h. auch diese legen sich an die Innenseite 68 innig an. Enden 73 und 75 des Stützelements 72 liegen vorzugsweise bündig, d.h. ohne Abstand aneinander. Die Enden 73 und 75 können auch mit gegenseitig komplementären Geometrien ausgebildet sein, so dass die Enden 73 und 75 einen Formschluss miteinander eingehen. Die Enden 73 und 75 können bspw. anstatt senkrecht zur Längsrichtung des Stützelements 72 komplementär schräg verlaufen.

Die Stützelemente 70, 70' oder 72 erstrecken sich vorzugsweise vollumfänglich in dem jeweiligen Hohlraum 66 der jeweiligen Ausbuchtung 62.

Fig. 7 und 8 zeigen ein noch weiteres Ausführungsbeispiel eines Stützelements 74, das wiederum als in sich geschlossenes federnd elastisches Ringelement ausgebildet ist, wobei das Ringelement durch eine Schraubenfeder 76 gebildet ist. Einzelne Schraubenwindungen 78 der Schraubenfeder 76 liegen dabei für einen höheren Formwiderstand im Querschnitt möglichst nahe oder gar eng aneinander. Die Windungen können dabei in Umfangsrichtung gesehen eine Spreizspannung besitzen, um sich direkt an die Innenseite 68 anlegen zu können. Die Schraubenfeder kann außerdem einen Kern 79, der in Fig. 8 nur angedeutet ist, aufweisen, bspw. ein Seil oder einen Draht.

In Fig. 9 und 10 ist eine weitere Ausgestaltung der Stützelemente 70 dargestellt, die auch für die Stützelemente 70', 72 oder 74 vorgesehen werden kann.

Bei der in Fig. 9 und 10 dargestellten Ausgestaltung sind die Stützelemente 70 über einen flexiblen Rahmen 80 miteinander zu einer Baueinheit verbunden, wobei der Rahmen 80 in der gezeigten Ausgestaltung 4 sich in Richtung der Längsachse 54 erstreckende Rahmenelemente 82 aufweist, mit denen die Stützelemente 70 über jeweilige sich radial erstreckende flexible Speichen 84 verbunden sind.

Anstelle der zuvor genannten beschriebenen Ausführungsbeispiele kann das oder können die Stützelemente 70 in Fig. 2 mit der Balgwand 56 auch einstückig ausgebildet sein, oder die Stützelemente 70 können mit der radial äußeren Innenseite 68 der jeweiligen Ausbuchtung 62 st off schlüssig verbunden sein.

Des Weiteren ist es denkbar, zusätzlich in die Einbuchtungen außenseitig Stützelemente einzulegen oder mit der Balgwand 56 einstückig außenseitig auszubilden, die die Einbuchtungen 64 zusätzlich gegen eine Knickbildung oder Faltenbildung schützen. Im Fall von lose in die Einbuchtungen 64 außenseitig eingelegten Stützelementen sollten diese umgekehrt zu den Stützelementen 70 so ausgebildet sein, dass sie die Tendenz haben, ihren Biegeradius selbsttätig zu verringern, damit sie sich an radial innere Außenseiten 86 der Einbuchtungen 64 anschmiegen können.

Claims

Patentansprüche

1. Metallbalg zur Einkapselung eines Antriebsschafts (32, 34) eines Ventilantriebs, mit einem Balgkörper (52), der eine in Umfangsrichtung in sich geschlossene und sich in einer Längsrichtung erstreckende Balgwand (56) aufweist, die von innen gesehen eine Mehrzahl an alternierend aufeinanderfolgenden radialen Ausbuchtungen (62) und Einbuchtungen (64) aufweist, wobei die Ausbuchtungen (62) der Balgwand (56) jeweils einen radial nach innen offenen Hohlraum (66) bilden, dessen radial äußere Innenseite (68) bogenförmig gekrümmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in dem Hohlraum (66) einer der Ausbuchtungen (62) ein Stützelement (70; 70'; 72; 74) angeordnet ist, das im Querschnitt einen Formwiderstand gegen in der Längsrichtung des Balgkörpers (52) wirkende Kompressionskräfte aufweist.

2. Metallbalg nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (70; 70'; 72; 74) in einer Ebene quer zur Längsrichtung flexibel ist und in den Hohlraum (66) lose eingelegt ist.

3. Metallbalg nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (70; 70'; 72; 74) mit radial nach außen gerichteter Spreizspannung an der radial äußeren Innenseite (68) der Ausbuchtung (62) anliegt.

4. Metallbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (70; 70'; 72; 74) formschlüssig die bogenförmige Krümmung der radial äußeren Innenseite (68) ausfüllt.

5. Metallbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Stützelement (70; 70'; 72; 74) vollumfänglich in dem Hohlraum (66) erstreckt.

6. Metallbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (72) als federnd elastisches Element ausgebildet ist, das im entspannten Zustand länglich ist und durch Biegen aus seiner Längsrichtung gespannt wird.

7. Metallbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (70; 70'; 72; 74) als in sich geschlossenes federnd elastisches Ringelement ausgebildet ist.

8. Metallbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (70; 72) im Querschnitt aus einem Vollmaterial ist.

9. Metallbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (70'; 74) im Querschnitt hohl ist.

10. Metallbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (74) durch eine Schraubenfeder (76) gebildet ist.

11. Metallbalg nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement einstückig mit der radial äußeren Innenseite der Ausbuchtung ausgebildet oder mit dieser stoffschlüssig verbunden ist.

12. Metallbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Ausbuchtung (62) ein Stützelement (70; 70'; 72; 74) angeordnet ist.

13. Metallbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest zwei Ausbuchtungen (62) jeweils ein Stützelement (70) angeordnet ist, wobei die Stützelemente (70) miteinander über einen flexiblen Rahmen (80) miteinander verbunden sind.

14. Metallbalg nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Stützelemente (70) mit dem Rahmen (80) über eine Mehrzahl an sich radial erstreckenden Speichen (84) verbunden sind.

15. Metallbalg nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Einbuchtungen (64) jeweils einen radial nach außen offenen Hohlraum bilden, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem der Hohlräume der Einbuchtungen (64) ein Stützelement angeordnet ist, das gegen in der Längsrichtung wirkende Kompressionskräfte formbeständig ist.

16. Ventil zur Verbindung zweier Rohrleitungen einer Anlage zur Produktführung für die lebensmitteltechnische oder chemische Industrie, insbesondere Aseptik-Ventil, mit einem Metallbalg (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.