CN107345605A - 法兰密封件以及密封布置系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种法兰密封件以及密封布置系统。该法兰密封件包括由韧性材料制成的支撑体(1)以及由橡胶材料制成的密封元件(2)，所述支撑体与所述密封元件相互连接为一件式的，其中，密封元件(2)具有能被在要密封的空间(4)中的要密封的介质(3)加载的密封边缘(5)。密封元件(2)在密封边缘(5)的区域中在由制造形成的状态下具有空腔(6)，这些空腔在按照规定使用法兰密封件期间可改变容积。所述密封布置系统包括一个这样的法兰密封件以及两个法兰(16、17)，其中，该法兰密封件沿轴向方向密封地布置在所述法兰(16、17)之间，并且所述法兰(16、17)直接贴靠地接触端部止挡部(9、10)。

Description

法兰密封件以及密封布置系统
技术领域
本发明涉及一种法兰密封件以及一种包括这样的法兰密封件的密封布置系统。该法兰密封件包括由韧性材料制成的支撑体以及由橡胶弹性材料制成的密封元件，所述支撑体与所述密封元件相互连接为一件式的，其中，密封元件具有能由在要密封的空间中的要密封的介质加载的密封边缘。所述密封布置系统包括一个这样的法兰密封件以及两个法兰，其中，该法兰密封件沿轴向方向密封地布置在所述法兰之间。
背景技术
一种这样的法兰密封件和一种这样的密封布置系统分别由DIN32676已知。该密封布置系统包括两个彼此同轴地并且彼此轴向相邻地布置的法兰，所述法兰通过沿轴向方向夹紧的法兰密封件密封地相互连接。所述法兰和所述法兰密封件共同形成一个管状的导向装置，该导向装置能被要密封的介质穿流。所述法兰在其彼此相对的侧上分别具有一个凹槽，其中，法兰密封件的密封元件的加厚部密封地布置在所述凹槽中。法兰密封件在径向内侧具有密封边缘，该密封边缘的内径等于管状的导向装置的直径。
由EP2 334 959B1已知一种用于密封卫生管道的法兰密封件。该法兰密封件包括环状的支撑体，该支撑体具有内周和外周以及两个端面，所述两个端面至少部分被密封元件的弹性材料覆盖。仅在端面两侧布置的轴向的端部止挡部未被覆盖，所述端部止挡部分别形成支撑体的一个组成部分。支撑体具有最小比法兰的内径大的内径，其中，在密封布置系统的横截面中观察，支撑体在内周侧被密封元件的橡胶弹性材料基本上U形地包围。在法兰密封件已装配的状态下，该法兰密封件具有与法兰的内径相应的内径。
在上述现有技术中，热膨胀和/或溶胀将会导致制成密封元件的橡胶弹性材料径向向内膨胀/溶胀、无论如何沿径向方向也如此程度地膨胀/溶胀，使得密封元件以其密封边缘径向向内伸到由法兰限定的空腔中。因此，用于要密封的介质通过法兰的流动横截面不期望地变窄并且可能产生要密封的介质的不期望的涡流。此外缺点是，密封边缘可能例如在清洁法兰时被剪断，因此可能产生机械颗粒的释放并且密封边缘由于这样的损坏而不再可靠地进行密封。
发明内容
本发明基于这样的任务，即，提出一种法兰密封件和一种具有该密封件的密封布置系统，其中，法兰密封件的内径、尤其是密封边缘的直径在所有运行条件下——如果存在——仅极其略微地小于要密封的法兰的内径。
按照本发明，该任务通过按照权利要求1的法兰密封件和按照权利要求12的密封布置系统来解决。关于法兰密封件的有利的构造方案参考直接或间接引用权利要求1的权利要求。
为了解决该任务而规定，密封元件在密封边缘的区域中在由制造形成的状态下具有空腔，这些空腔在按照规定使用法兰密封件期间可改变容积。在按照规定使用期间，法兰密封件通常经受不同的温度并且与不同的要密封的介质接触。在按照规定使用法兰密封件期间，以不同的温度和/或不同的要密封的介质加载可能导致密封元件的热膨胀和/或制成密封元件的材料的溶胀。
为了避免上面提及的缺点，在密封边缘的区域中设有空腔，这些空腔在按照规定使用法兰密封件期间可改变容积。通常在制造橡胶件时非常谨慎地注意到这些橡胶件绝对不具有通常不利的空腔。
然而，按照本发明确定的是，与法兰密封件有关的可改变容积的空腔导致法兰密封件的有利的使用性能，因为通过这些空腔平衡密封元件的橡胶弹性材料的热膨胀和/或该材料的溶胀。所述平衡通过如下方式实现，即，膨胀的/溶胀的材料在所述空腔中被接纳并且因此密封元件的内径、尤其是密封边缘的内径总是尽可能保持恒定并且实际上不会伸入到法兰的内径中。
法兰和法兰密封件在“卫生运行(hygienschen Betrieb)”中、即在食品或药学领域中被特别频繁地被清洁，其中，在大约130℃至160℃的温度下对应用所述法兰密封件的配件进行清洁。通常使用化学侵蚀性的清洁剂作为清洁剂，该化学侵蚀性的清洁剂会导致密封元件的橡胶弹性材料的不期望的并且技术上不排除的溶胀。
温度相关的膨胀和/或例如由于化学侵蚀性的清洁剂造成的溶胀通过空腔来平衡，通过这种方式能够通过刷具或所谓的管道清洗机(Molche)无问题地机械式地清洗密封布置系统，而不损坏密封元件、例如不在法兰的轴向邻接的界定边缘上剪断密封边缘。
在本发明的意义中，如下区域被理解为“在密封边缘的区域中”，即，该区域在上述条件下可以有利地影响法兰密封件的使用性能。在密封边缘的区域中的橡胶弹性材料在上述条件下退回到所述空腔中。
按照一种有利的构造方案规定，所述空腔自封闭地构成。在此有利的是，这些空腔向外气密地封闭，并且因此例如不被要密封的介质污染而由此不利地影响空腔的使用性能。因此，法兰密封件在整个使用寿命期间具有一如既往的良好的使用性能。
如上所实施的那样，所述空腔构成为体积平衡空腔，用于接纳密封元件在按规定使用法兰密封件期间由于橡胶弹性材料的热膨胀和/或溶胀而造成的橡胶弹性材料。
附加于上述在密封边缘的区域中的空腔，可以在密封元件中布置另外的空腔。这些另外的空腔用于使制成密封元件的橡胶弹性材料能够在整个法兰密封件中尽可能均匀地扩张，并且因此在橡胶弹性材料中不出现任何不期望的内应力。
为此可以有利地规定，所述空腔和所述另外的空腔基本上均匀分布地布置在密封元件中。
沿要密封的介质在要密封的空间中的流动方向观察，密封边缘可以构成为凹形的。如果所述空腔由于温度引起的膨胀和/或橡胶弹性材料的溶胀而已经被填满，则制造相关地才首先还是凹形地构成的密封边缘仍然能够沿凸的方向如此久(程度)地膨胀，直至密封边缘与法兰的内径齐平。
密封元件可以由EPDM材料制成。在此，有利的是，这样的材料是特别成本低廉的并且可简单地加工。可以使用例如FKM、VMQ、NBR或ACM作为材料。如果不使用按照本发明的空腔，则这样的EPDM材料在实践上对于法兰密封件来说是不合适的。这样的材料以其延展尺寸的大变化和/或以局部显著的溶胀对不同的温度和/或不同的要密封的介质做出反应。仅仅通过所述材料能退回到所述空腔中，所述材料就具有足够的寿命和足够良好的使用性能用于对法兰进行密封。
支撑体可以在端侧在两侧具有轴向的端部止挡部用于限制作用到法兰密封件上的夹紧力，其中，除了端部止挡部之外，支撑体基本上被密封元件的橡胶弹性材料包围。法兰密封件在其装配期间沿轴向方向如此程度地被夹紧，直至轴向的端部止挡部直接贴靠地与法兰接触。在此有利的是，通过限制夹紧力使得密封元件的橡胶弹性材料不遭受任何不期望的高的机械负荷。因此，端部止挡部具有夹紧力限制功能。
支撑体和密封元件优选材料锁合和/或形状锁合地相互连接。这可以通过化学结合或足够良好的抓紧(Verkrallung)来实现。特别地，就良好的形状锁合连接而言适宜的是，密封元件的橡胶弹性材料几乎完全包围支撑体，如上所述。
支撑体沿其周向方向观察可以构成为波浪状的或者珍珠项链状的。这样构造的支撑体具有如下优点，即，该支撑体总体上在法兰密封件中仅需要相对小的容积并且因此仍然提供足够的容积用于平衡密封元件的橡胶弹性材料的溶胀和/或热膨胀。
如果使用珍珠项链形式的支撑体，则这些珍珠状物在横截面中观察构成为圆形的或梯形的。在珍珠状物的横截面为圆形的情况下优点是，在挤压力变得越来越大时，被压扁的珍珠状物的支承面越来越大。此外，珍珠状物的球形具有非常高的稳定性并且能够实现导入的力均匀地沿各个方向导出。
当珍珠状物在横截面中观察为梯形的情况下优点是，导入的力仅在侧面被导出。通过梯形形状得到较大的接触区域，从而能够接纳较高的力。此外，梯形形状相对于球形形状能更简单并且因此成本更低廉地制造。
法兰密封件优选在外周侧由被橡胶弹性材料包套的支撑体限定。通过仅在法兰密封件的径向外部的区域中布置支撑体，密封元件能特别良好地与使用情况的相应的给定条件适配。因此得到弹性材料与支撑体的较好的共同作用。弹性体能在径向内侧不受干扰地进行密封，支撑体能在径向外侧良好地起作用并且保护弹性体防止过大的力。此外优点是，热负荷在径向外侧更小并且因此得到更好的支撑作用。
所述密封布置系统包括一个如上所述的法兰密封件和两个法兰，其中，所述法兰密封件沿轴向方向密封地布置在所述法兰之间，并且所述法兰直接贴靠地接触端部止挡部。
附图说明
在图1至13中以示意图示出并且以下更详细地说明按照本发明的法兰密封件和按照本发明的包括按照本发明的法兰密封件的密封布置系统。
图1至图13分别以示意图示出：
图1按照本发明的法兰密封件的一个实施例；
图2包括图1中的法兰密封件的密封布置系统；
图3图2中的在其它位置剖切的密封布置系统；
图4空腔的两个不同的实施例，其中，在图4.1.1和4.2.1中示出在由制造形成的状态下的空腔，并且在图4.1.2和4.2.2中示出在室温且在未被侵蚀性介质加载的情况下安装的状态下的空腔，并且在图4.1.3和4.2.3中示出在最大负荷的情况下、也就是说在以高的温度和侵蚀性的要密封的介质加载的情况下的空腔；
图5图1中的法兰密封件的透视图；
图6图5中的支撑体的透视图；
图7支撑体的第二实施例，与图5中的支撑体类似；
图8构成为珍珠项链状的支撑体；
图9具有梯形的珍珠状物的支撑体的另一实施例；
图10按照本发明的法兰密封件作为法兰密封件的一个实施例；
图11在室温情况下的图3中的实施例；
图12在80℃情况下的图3中的实施例；
图13在160℃情况下的图3中的实施例。
具体实施方式
在图1中示出法兰密封件的一个实施例，该法兰密封件包括由韧性材料制成的支撑体1。密封元件2由橡胶弹性材料制成并且与支撑体1连接为一件式的。密封元件2在径向内侧具有密封边缘5，该密封边缘能在要密封的空间4中被要密封的介质3加载。
对本发明重要的是，密封元件2在密封边缘5的区域中在由制造形成的状态下(如在此示出的那样)具有空腔6，这些空腔在按照规定使用法兰密封件期间可改变容积。就此而言现已经在图4中指出，在该图中示出这些可改变容积的空腔6。
在这里示出的实施例中，除了缺口19、20之外，所述空腔6自封闭地构成，所述缺口也可以称为敞开的空腔并且沿轴向方向18在端侧布置在密封元件2的两侧。在此示出的空腔6构成为体积平衡空腔并且设置用于接纳密封元件2的在按照规定使用法兰密封件期间由于橡胶弹性材料的热膨胀和/或溶胀而造成的橡胶弹性材料。除了上述空腔6之外还设有另外的空腔7，所述另外的空腔基本上均匀分布地布置在密封元件2中。因此避免在密封元件2的弹性体材料内的应力峰值。
沿要密封的介质3在要密封的空间4中的流动方向8观察，密封边缘5构成为凹形的。
支撑体1在端侧在两侧具有轴向的端部止挡部9、10用于限制作用到法兰密封件上的夹紧力11，其中，除了端部止挡部9、10之外，支撑体1被密封元件的橡胶弹性材料完全包围。在此示出的支撑体1和密封元件2材料锁合并且形状锁合地相互连接，并且支撑体1沿其周向方向12观察构成为波浪状13。
密封元件2在径向外侧在支撑体1的区域中在端面两侧具有凸起部26、27，在所述凸起部中分别布置有优选沿周向方向延伸的缺口22、23。在沿轴向挤压法兰密封件时，密封元件2的被排挤的弹性材料偏移到所述缺口22、23中。因此，所述空腔6和/或所述另外的空腔7的功能得到支持。
在图2中示出安装在密封布置系统中的图1中的法兰密封件。法兰密封件沿轴向方向18密封地布置在所述两个法兰16、17之间，其中，所述两个法兰16、17与支撑体1的端部止挡部9、10贴靠地接触。剖面沿着图5中的线A-A延伸。
而在图3中示出图2中的在其它位置上剖切的密封布置系统。沿着图5中的线B-B剖切。在此可看出的是，支撑体1在该位置被密封元件的橡胶弹性材料完全包围。
在图2和3中设有用于法兰16、17的夹紧部21，该夹紧部将所述法兰沿轴向方向保持在一起。法兰16、17包括凹槽24、25，凸起部26、27在按照规定使用密封布置系统期间被接纳在所述凹槽中。
在图4中示出密封元件2在密封边缘5的区域中的不同负荷状态。图4.1.1和4.2.1示出在由制造形成的状态下的空腔6。在图4.1.1中示出一个相对大的空腔，而在图4.2.1中示出5个较小(fünf kleinere)的空腔。在图4.1.2和4.2.2中示出法兰密封件的密封元件2的在已安装状态下的橡胶弹性材料。被排挤的材料的一部分已经偏移到此时较小的空腔6中。
在图4.1.3和4.2.3中示出密封元件2在密封边缘5的区域中的材料的最大受载状态。材料的大部分偏移到所述空腔6、7中，从而空腔6、7此时几乎完全被温度相关地被排挤的或介质相关地溶胀的材料填满。
重要的是，密封元件2的橡胶弹性材料在温度加载和/或溶胀的情况下转移到空腔6、7中，从而密封元件尤其在密封边缘5的区域中在所有负荷状态下基本上保持同一形状。不会发生的是，材料不期望地从所述两个法兰16、17之间的密封间隙被挤出到由所述法兰16、17限定的管状横截面中。
在图5中以透视图示出图1中的法兰密封件，其中，为了更加清晰而暴露出支撑体1的一部分。
在图6中单独示出图5中的支撑体1。支撑体1沿周向方向12观察构成为波浪状13。
在图7中示出与图5中的法兰密封件类似的法兰密封件。唯一的区别在于支撑体1不同地构成。支撑体1沿沿周向方向12观察构成为珍珠项链状14，其中，珍珠项链状的支撑体1、14的珍珠状物15在横截面中观察构成为圆形的。珍珠状物15具有被压平的端部止挡部9、10。
在图9中示出另一种支撑体，其中，图9中的支撑体具有梯形地构成的珍珠状物15。该形状能够实现接纳非常高的夹紧力11。
在图10中示出与图5中的法兰密封件类似的法兰密封件，其中，在图10中示出的法兰密封件构成为平面密封件。相对于图1中的法兰密封件，该平面密封件不具有凸起部并且所使用的法兰相应地不具有凹槽，如这些凸起部和凹槽在图2和3中示出那样。
在图11至13中示出图2和3中的在不同运行状态下的密封布置系统。
在图11中可见在室温情况下的密封布置系统，在图12中可见在80℃情况下的密封布置系统并且在图13中可见在160℃情况下的密封布置系统。可良好地看出的是，不同的温度加载和/或以侵蚀性的介质3加载密封元件2的橡胶弹性材料对密封元件2的密封边缘5的形状几乎没有任何影响，因为密封元件的膨胀的和/或溶胀的橡胶弹性材料退回到空腔6、7中。

Claims (12)

1.法兰密封件，其包括由韧性材料制成的支撑体(1)和由橡胶弹性材料制成的密封元件(2)，所述支撑体和所述密封元件相互连接为一件式的，其中，密封元件(2)具有能被在要密封的空间(4)中的要密封的介质(3)加载的密封边缘(5)，其特征在于，密封元件(2)在密封边缘(5)的区域中在由制造形成的状态下具有空腔(6)，这些空腔在按照规定使用法兰密封件期间能改变容积。
2.根据权利要求1所述的法兰密封件，其特征在于，所述空腔(6)自封闭地构成。
3.根据权利要求1或2之一所述的法兰密封件，其特征在于，所述空腔(6)构成为体积平衡空腔，以便接纳密封元件(2)的在按照规定使用法兰密封件期间由于橡胶弹性材料的热膨胀和/或溶胀造成的橡胶弹性材料。
4.根据权利要求1至3之一所述的法兰密封件，其特征在于，除了所述空腔(6)之外在密封元件(2)中布置有另外的空腔(7)。
5.根据权利要求1至4之一所述的法兰密封件，其特征在于，所述空腔(6)和所述另外的空腔(7)基本上均匀分布地布置在密封元件(2)中。
6.根据权利要求1至5之一所述的法兰密封件，其特征在于，沿要密封的介质(3)在要密封的空间(4)中的流动方向(8)观察，密封边缘(5)构成为凹形的。
7.根据权利要求1至6之一所述的法兰密封件，其特征在于，密封元件(2)由EPDM材料制成。
8.根据权利要求1至7之一所述的法兰密封件，其特征在于，支撑体(1)在端侧在两侧具有轴向的端部止挡部(9、10)用于限制作用到法兰密封件上的夹紧力(11)，并且除了端部止挡部(9、10)之外，支撑体(1)完全被密封元件(2)的橡胶弹性材料包围。
9.根据权利要求1至8之一所述的法兰密封件，其特征在于，支撑体(1)和密封元件(2)材料锁合和/或形状锁合地相互连接。
10.根据权利要求1至9之一所述的法兰密封件，其特征在于，支撑体(1)沿其周向方向(12)观察构成为波浪状(13)或珍珠项链状(14)。
11.根据权利要求10所述的法兰密封件，其特征在于，珍珠项链状的支撑体(1、14)的珍珠状物(15)在横截面中观察构成为圆形或梯形的。
12.密封布置系统，其包括一个根据权利要求1至11之一所述的法兰密封件以及两个法兰(16、17)，其中，所述法兰密封件沿轴向方向(18)密封地布置在所述法兰(16、17)之间，并且所述法兰(16、17)直接贴靠地接触端部止挡部(9、10)。
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