DE4004052C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtringes für Ventile, wobei der Dichtring einen ringförmigen Dichtkörper aufweist, an dem radial innen oder außen eine ringartig in sich geschlossene Gleitschicht aus gegenüber dem Dichtkörpermaterial härterem Folienmaterial angebracht wird.

Ein derart hergestellter Dichtring verfügt an der im Gebrauch normalerweise erhöhtem Verschleiß ausgesetzten Stelle über eine Schicht aus verschleißfestem Folienmaterial. Dadurch kann die Lebensdauer beträchtlich gesteigert werden. Entsprechende Dichtringe gehen in verschiedenen Varianten aus der DE 34 42 463 A1 hervor. Bei ihrer Herstellung wird auf einem aus weicherem Material bestehenden Dichtkörper eine dünne, aus härterem Material bestehende Folienschicht befestigt. Die Befestigung erfolgt beispielsweise durch Aufvulkanisieren. Offen bleibt in der DE 34 42 463 A1 jedoch die Art und Weise der vor dem Befestigen zu erfolgenden bestimmungsgemäßen Herrichtung der Folienschicht.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtringes der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das vor allem eine einfache und kostengünstige Zurichtung des Folienmaterials für seine Verwendung als Gleitschicht gewährleistet.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß man zunächst in eine aus dem Material der späteren Gleitschicht bestehende Folie eine einen zumindest im wesentlichen hohlzylindrischen Längenabschnitt aufweisende Ausbeulung einbringt, daß man danach die Ausbeulung schichtenweise quer zu ihrer Längserstreckung durchtrennt und daß man dann einen bei der Durchtrennung der Ausbeulung entstandenen Folienring an der gewünschten Stelle fest mit dem Dichtkörper verbindet.

Auf diese Weise verwendet man als Ausgangsprodukt für die Gleitschicht des Dichtringes eine Folie praktisch beliebiger Form und Abmessung. In diese Folie wird bzw. werden gleichzeitig oder nacheinander eine oder mehrere Ausbeulungen eingebracht, deren Durchmesser im wesentlichen demjenigen der gewünschten Gleitschicht entspricht. Jede Ausbeulung verfügt dabei über einen Längenabschnitt, der eine im wesentlichen hohlzylindrische Gestalt aufweist, wobei die Wanddicke der Dicke der gewünschten Gleitschicht entspricht. Je nach Folienmaterial läßt sich abhängig von der erzeugten Länge der Ausbeulung gegebenenfalls Einfluß auf die Wanddicke und damit auf die Dicke der zukünftigen Gleitschicht nehmen. Pro Ausbeulung können, abhängig von deren Länge, im Rahmen der Querdurchtrennungen ein oder mehrere Folienringe erzeugt werden. Eine eventuell zu beobachtende Faltenbildung wird bei der nachfolgenden Verbindung mit dem Dichtkörper bereinigt. Dieses Verbinden erfolgt beispielsweise, wie in der DE 34 42 463 A1 beschrieben, durch Aufvulkanisieren, oder aber durch Aufkleben oder Aufschrumpfen. Da die Gleitschicht als in sich geschlossener Folienring vorliegt, ergibt sich eine regelmäßige und unbeeinträchtigte Oberfläche, welche ohne aufwendiges Nachbearbeiten bei guter Dichtwirkung eine hohe Lebensdauer verspricht.

Verfahren zur Herstellung von Zweistoff-Dichtringen gehen bereits aus der DE 25 03 807 C2 und aus der DE 34 43 220 C2 hervor. In beiden Fällen wird bei der Herstellung der Gleitschicht jedoch auf streifenförmiges, nachträglich zu einem Ring zusammengesetztes Material zurückgegriffen. Die DE 25 03 807 C2 schlägt die Verwendung von Glasfasergewebe vor, das in Streifen geschnitten, anschließend gefaltet und sodann in eine geeignete Form gegeben wird, wo die Verbindung mit dem Elastomermaterial des Dichtkörpers stattfindet. Gemäß DE 34 43 220 C2 liegt die Gleitschicht ursprünglich als von einem Extruder erzeugter Strang vor, der mit dem ebenfalls extrudierten Dichtkörpermaterial unter Beibehaltung der Strangform verschweißt wird. Nach dem Durchlaufen einer Aufwickelvorrichtung wird der erhaltene Spiralkörper durchtrennt, so daß einzelne offene Ringkörper entstehen, die abschließend noch an ihren Trennstellen miteinander verbunden werden müssen. Neben des relativ großen Aufwandes und der Vielzahl von Verfahrensschritten bedarf es hier also einer aufwendigen Nachbearbeitung der umfangsseitigen Nahtstelle, um eine einigermaßen zuverlässig arbeitende Dichtfläche zu erzielen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Ausbeulungen der Folie lassen sich beispielsweise pneumatisch mittels eines Druckluftstrahles herstellen. Wegen der besseren Formentreue ist es allerdings zweckmäßig, die Ausbeulungen durch Eindrücken eines Stempels in die Folie einzubringen.

Sofern es das Folienmaterial zur Vermeidung von Rissen oder sonstigen Materialbeschädigungen erforderlich macht, kann man den Rand der Folie während des Einbringens der Ausbeulung festhalten und erforderlichenfalls nachführen. Auf diese Weise ist auch eine bewußte Einflußnahme auf die Gleitschichtdicke möglich.

Man kann den erzeugten Folienring an einem bereits vorhandenen Dichtkörper festlegen, was sich beispielsweise durch Aufvulkanisieren, Aufschrumpfen, Aufkleben oder vergleichbare Verfahrensschritte realisieren läßt. Alternativ hierzu ist es aber auch möglich, den Dichtkörper unmittelbar an den zuvor erzeugten Folienring anzuspritzen, wodurch sich ebenfalls eine sehr innige Verbindung der beiden Teile ergibt und sich die Endkontur der Gleitschicht besonders einfach erzeugen läßt.

Insbesondere in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall und den jeweils auftretenden Belastungen, kann man den Folienring nach Art eines Belages auf den Dichtkörper aufsetzen oder derart in den Dichtkörper einbetten, daß die Oberflächen des Folienringes und des Dichtkörpers bündig aneinander anschließen.

Als Material für den Dichtkörper verwendet man bevorzugt Kunststoffmaterial wie Gummi. Der Folienring kann ebenfalls aus Kunststoffmaterial bestehen, in welchem Falle sich ein Polyester-Elastomer anbietet. Auch Metallfolie läßt sich vorteilhaft verwenden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt im einzelnen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem im Längsschnitt dargestellten Ventil, das mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, jedoch lediglich schematisch angedeuteten Dichtringen bestückt ist,

Fig. 2 einen der Dichtringe aus Fig. 1 im Querschnitt in seiner konkreten Ausgestaltung gemäß Ausschnitt II,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Dichtringes im Schnitt entlang einer sich radial und axial erstreckenden Trennebene,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines Dichtringes in einer auf einem Ventilglied montierten Gebrauchsstellung bei einem ausschnittsweise im Längsschnitt schematisch dargestellten Ventil und

Fig. 5 bis 8 verschiedene Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung der am Dichtring vorgesehenen Gleit­ schicht.

In der Zeichnung sind in den Fig. 1 und 4 beispielhaft Ausschnitte zweier Mehrwegeventile abgebildet, in deren Zusammenhang der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Dichtring insbesondere zur Anwendung kommen soll. Ventile dieser Art verfügen über ein Ventilgehäuse 1 mit internem, auch als Bohrung bezeichenbarem Aufnahmeraum 2, in dem ein längliches Ventilglied 3, 3′ in Axialrichtung 4 hin und her verschiebbar angeordnet ist. Seitlich in den Aufnahmeraum münden Ventilkanäle 5, die durch Wahl der jeweiligen Stellung des Ventilglieds 3, 3′ zum Teil fluidisch miteinander verbindbar oder voneinander trennbar sind. Ventile dieser Art gehören zum Stand der Technik, ihr Aufbau ist dem Fachmann bekannt, so daß sich an dieser Stelle eine nähere Erläuterung von Aufbau und Funktionsweise erübrigt.

Um eine Abdichtung zwischen den einzelnen Mündungsbereichen der Ventilkanäle 5 im Aufnahmeraum 2 zu erhalten und/oder um das Ventilglied 3, 3′ gegenüber dem Ventilgehäuse 1 bzw. eines Teils dessen abzudichten, ist mindestens ein Dichtring 6 vorhanden. Er erstreckt sich in Umfangsrichtung um das jeweilige Ventilglied 3, 3′. Die Anzahl der Dichtringe hängt von der Ventilart ab. Jeder Dichtring ist in einer Ausnehmung oder Vertiefung 7 gehaltert, die entweder ventilgehäuseseitig oder ventilgliedseitig vorgesehen ist (Fig. 1 bzw. 4).

Beim Ventil gemäß Fig. 1 befinden sich mehrere Halterungs­ vertiefungen 7 entlang des Aufnahmenraumes 2 verteilt im Bereich dessen Innenumfanges. Sie sind ringförmig in sich geschlossen, nutförmig ausgebildet und koaxial zum Ventilglied 3 angeordnet. Das Ventilglied 3 verfügt über mehrere Längenab­ schnitte 8 größeren Durchmessers, mit denen es im Aufnahmeraum 2 zweckmäßigerweise verschiebbar geführt ist und die über Längenabschnitte 9 kleineren Durchmessers bzw. Querschnittes voneinander getrennt sind. Beim Verschieben des Ventilgliedes 3 stoßen die Kanten 10 im Bereich des Überganges zwischen den Längenabschnitten 8, 9 unterschiedlicher Durchmesser axial gegen die ein Stück weit radial in den Aufnahmeraum 2 vorsprin­ genden und in den Vertiefungen 7 gehaltenen Dichtringe 6 an, um diese im Laufe der weiteren Bewegung nach radial außen zu verformen, wobei die Kanten gleichzeitig durch den jeweiligen Dichtring 6 hindurchgleiten. Ein Zwischenstadium dieser Be­ wegung ist in Fig. 2 detailliert vergrößert abgebildet. Der Berührbereich zwischen den Kanten bzw. Rändern 10 und dem Innenumfang 14 ist hierbei besonders verschleißgefährdet.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist ein in einer ventil­ gliedseitigen ringnutartigen Vertiefung 7 gehaltener Dichtring 6 gezeigt, der radial über die benachbarte Umfangsfläche des Ventilgliedes 3′ vorspringt, wobei die vorspringenden Maße hier wie auch bei den übrigen Ausführungsbeispielen stark übertrieben dargestellt sind. Wenn das Ventilglied 3′ ver­ schoben wird, gleitet der Dichtring 6 mit seinem Außenumfang 15 an der Innenoberfläche des Aufnahmeraumes 2 entlang, wobei er auch die Mündungen 16 eventueller Ventilkanäle 5 über­ streicht. Bei diesem Überstreichen ergibt sich die Verschleiß­ problematik infolge des Kontaktes mit den regelmäßig scharfen Rändern bzw. Kanten 10′ seitens der Mündungen 16.

Zur Reduzierung des Verschleißes und zur dauernden Aufrecht­ erhaltung der Dichtfunktion ist nun vorgesehen, daß am jeweiligen Dichtring 6 im Bereich des in Gebrauchsstellung dem Grund 17 der zugeordneten Vertiefung 7 entgegengesetzten Innenumfanges (Fig. 1 und 2) oder Außenumfanges (Fig. 4) eine Gleitschicht 18 fest angeordnet ist. Sie besteht aus härterem Material als der übrige, einen Grundkörper 19 bildende Teil des jeweiligen Dichtringes, der weicher ist und gleichzeitig insbesondere gummielastische Eigenschaften aufweist. Der oben erwähnte Vertiefungsgrund 17 befindet sich bei den Gehäusevertiefungen gemäß Fig. 1 und 2 im radialen äußeren Vertiefungsbereich und beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 im radialen inneren Vertiefungsbereich.

Der Dichtring 6 ist über den Dichtkörper 19 in seiner Vertiefung 7 gehaltert, mit dem er zumindest teilweise und vorzugsweise größtenteils radial in die Vertiefung 7 eintaucht. Der elastische Dichtkörper 19, der den größten Teil des Dichtringquerschnittes einnimmt, sorgt hierbei für eine federnde Aufhängung der Gleitschicht 18, die mithin radial elastisch nachgiebig bewegbar ist und auf diese Weise problemlos Änderungen in der Kontur des relativ zu ihm bewegten Ventilbestandteils Rechnung tragen kann. Der Dichtkörper 19 besteht zweckmäßigerweise aus Gummi oder gummiartigem Kunststoffmaterial, während die Gleitschicht zwar ebenfalls aus Kunststoff, jedoch aus härterem Kunststoffmaterial wie zum Beispiel einem Polyester-Elastomer besteht. Die Gleitschicht könnte aber auch aus einer dünnen flexiblen Metallschicht bestehen.

Die Gleitschicht 18 ist vorzugsweise ringartig in sich geschlossen, wobei sie koaxial zum zugehörigen Dichtkörper 19 angeordnet ist. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 ist sie in den Innenumfang des Dichtkörpers 19 eingebracht (Ausnehmung 20), in der die Gleitschicht 18 eingebettet ist, so daß ihre dem Ventilglied 3 zugewandte Oberfläche bündig an die benachbarten Oberflächenbe­ reiche des Dichtkörpers 19 anschließt. Eine entsprechende Ausgestaltung findet sich beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4, allerdings ist hier die Ausnehmung 20′ im Bereich des der Oberfläche des Aufnahmeraums 2 zugewandten Außenumfanges des Dichtkörpers 19 vorgesehen. In beiden Fällen ist die Gleitschicht 18 vorzugsweise fest und unlösbar mit dem Dicht­ körper 19 verbunden, beispielsweise durch aneinander Anspritzen, Aufvulkanisieren oder Ankleben. Beide Teile können im übrigen einstückig miteinander verbunden sein. Der fest Halt ist wichtig, um beim Kontakt mit den Kanten 10, 10′ ein Abreißen der Gleitschicht 18 vom Dichtkörper 19 auszuschließen.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel stellt die nach Art eines Ringes ausgebildete Gleitschicht einen am Innenumfang des Dichtkörpers 19 angeordneten Dichtkörperbelag dar, der auf den Dichtkörper 19 praktisch aufgesetzt ist. Man könnte hier auch von einer Beschichtung sprechen.

Es ist nunmehr erreicht worden, daß beim Betätigen des Ventil­ gliedes 3, 3′ die Kanten 10, 10′ oder dergleichen dichtring­ seitig lediglich in Kontakt mit der Gleitschicht 18 treten, die infolge der Materialwahl äußerst verschleißfest und, insbesondere auch wegen der nachgiebigen Aufhängung, zudem dichtend ist.

Im Querschnitt des jeweiligen Dichtringes gesehen, so wie er sich in den Fig. 1 bis 4 darstellt, nimmt die Breite der Gleitschicht 18 vorzugsweise nur einen Bruchteil des Dichtring­ umfanges ein, vorliegend in etwa 1/4 dessen. Vorteilhaft ist außerdem, wenn die Gleitschicht 18 im genannten Querschnitt gesehen in Richtung zu dem die erwähnten Kanten 10, 10′ aufweisenden Ventilelement gewölbt ist. Bei den Ausführungs­ beispielen gemäß Fig. 3 und 4 folgt die Wölbung zweckmäßiger­ weise der Kreiswölbung des im Querschnitt kreisförmigen Dichtkörpers 19. Die Wölbung hat den Vorteil, daß der Kanten­ angriff beim Bewegen des Ventilglieds 3, 3′ nur allmählich erfolgt.

Die einzelnen Dichtringe 6 in Fig. 1 sind nur schematisch angedeutet. Sie können zum Beispiel einen der Fig. 3 entspre­ chenden Aufbau haben und sind beim Ausführungsbeispiel ent­ sprechend der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform gestaltet. Demgemäß verfügt der Dichtkörper 19 über einen gleitschichtseitigen inneren Ringabschnitt 21 mit im Querschnitt etwa ovaler Kontur, an den sich über einen Stegabschnitt 22 ein äußerer, im Querschnitt gabelförmiger Ringabschnitt 23 anschließt. Letzterer ist dem Vertiefungsgrund 17 zugewandt und verfügt über zwei axialseitige elastische Stützpartien 24, zwischen denen sich eine Dichtkörpereinbuchtung befindet. Insgesamt gesehen sind die Stützpartien 24 jeweils ebenfalls ringförmig und stehen nach Art von Lippen jeweils axial und radial mit Bezug auf die Ringanordnung vom Stegabschnitt 22 ab. Die zwischen ihnen befindliche Einbuchtung fördert die radiale Bewegbarkeit des Dichtringes, während die Stützpartien 24 gleichzeitig der Halterung des Dichtringes in der zugeordneten Vertiefung dienen. Zweckmäßigerweise ist die in der Gebrauchs­ stellung in Axialrichtung 4 gemessene Breite des die Gleit­ schicht tragenden inneren Ringabschnittes 21 geringer als die Breite der zugeordneten Vertiefung 7, in die dieser innere Ringabschnitt 21 zumindest teilweise eintaucht. Auf diese Weise entstehen seitlich Fluidspalte 25, durch die im Betrieb das vom Ventil beeinflußte Strömungsmittel in die Vertiefung 7 einströmen und die Stützpartien 24 in Richtung des Vertiefungs­ grundes 17 beaufschlagen kann. Auf diese Weise ergibt sich im Betrieb ein zusätzlicher Halteeffekt.

Zur Vereinfachung der Dichtringmontage kann vorgesehen sein, das die Vertiefung 7 aufweisende Ventilglied bzw. Ventilgehäuse im Bereich der Vertiefung zu teilen. Eine entsprechende, radial verlaufende Trennstelle ist in den Fig. 1 und 2 bei 29 angedeutet. So ist es möglich, für Montage- bzw. Demontage­ zwecke eine vorübergehende axiale Auftrennung der Vertiefungen vorzunehmen.

Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Gleitschicht 18 nach Art eines aus Folienmaterial bestehenden Folienringes auszugestalten.

Dies erlaubt eine besonders einfache Herstellungsweise des Dichtringes 6, die nachfolgend anhand der Fig. 5 bis 8 erläutert werden soll.

Es wird zunächst eine dünne, aus dem gewünschten Gleitschicht­ material bestehende Folie 30 bereitgestellt. In diese wird sodann eine quer und insbesondere rechtwinkelig zur Folien­ ebene gemäß strichpunktiert angedeuteter Achse 31 verlaufende Ausbeulung 32 eingebracht. Dies kann insbesondere durch Eindrücken eines Stempels 33 erfolgen, wobei der Folienrand in entsprechender Weise festgehalten und bei Bedarf nachgeführt wird. Die entstandene Ausbeulung 32 (Fig. 6 und 7) verfügt nunmehr über einen hohlzylindrischen, in der Querschnittsdar­ stellung gemäß Fig. 7 bei a angedeuteten Längenabschnitt. Dieser Längenabschnitt wird nun unterteilt, indem man im Abstand längs der Achse 31 Durchschnitte bzw. Durchtrennungen vornimmt, die strichpunktiert bei 34 angedeutet sind. Die Durchtrennungsebenen 34 verlaufen zweckmäßigerweise rechtwinkelig zur Achse 31. Der Abstand der Durchtrennungen voneinander bestimmt das spätere Breitenmaß der Gleitschichten 18. Durch das Durchtrennen sind mehrere Folienringe 35 entstanden, von denen einer in Fig. 8 abgebildet ist. Sie können nun an der gewünschten Stelle der bereits vorhandenen Dichtkörper befestigt werden, wobei es auch möglich ist, den Dichtkörper anzuspritzen.

Auf diese Weise liegt ein Zweistoffdichtring mit guten Dicht- und Gleiteigenschaften vor.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung eines Dichtringes für Ventile, wobei der Dichtring einen ringförmigen Dichtkörper aufweist, an dem radial innen oder außen eine ringartig in sich geschlossene Gleitschicht aus gegenüber dem Dichtkörpermaterial härterem Folienmaterial angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst in eine aus dem Material der späteren Gleitschicht (18) bestehende Folie (30) eine einen zumindest im wesentlichen hohlzylindrischen Längenabschnitt (a) aufweisende Ausbeulung (32) einbringt, daß man danach die Ausbeulung (32) schichtenweise quer zu ihrer Längserstreckung (31) durchtrennt, und daß man dann einen bei der Durchtrennung der Ausbeulung (32) entstandenen Folienring (35) an der gewünschten Stelle fest mit dem Dichtkörper (19) verbindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ausbeulung (32) durch Eindrücken eines Stempels (33) in die Folie (30) einbringt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Rand der Folie (30) während des Einbringens der Ausbeulung (32) festhält und erforderlichenfalls nachführt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den erzeugten Folienring (35) an einem bereits vorhandenen Dichtkörper (19) befestigt, z. B. durch Aufvulkanisieren oder Ankleben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Dichtkörper (19) an den erzeugten Folienring (35) anspritzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Folienring nach Art eines Belages auf den Dichtkörper (19) aufsetzt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Folienring (35) in den Dichtkörper (19) einbettet, so daß beider Oberflächen bündig aneinander anschließen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Dichtkörper (19) und den Folienring (35) jeweils aus Kunststoffmaterial herstellt, wobei als Dichtkörpermaterial zum Beispiel Gummi und als Folienmaterial zum Beispiel ein Polyester-Elastomer verwendet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Folie (30) eine Metallfolie verwendet.