EP2475915A1

EP2475915A1 - Ringdichtung für ein schliessglied eines ventils sowie dichtungsanordnung mit einer solchen ringdichtung

Info

Publication number: EP2475915A1
Application number: EP10749879A
Authority: EP
Inventors: Werner Deger; Frank Neuhauser; Karl Welchner
Original assignee: Suedmo Holding GmbH
Current assignee: Suedmo Holding GmbH
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2012-07-18
Also published as: DE102009042164A1; WO2011029849A1

Abstract

Eine Ringdichtung (32) für ein Schließglied (22) eines Ventils (20), insbesondere eines Ventils (20) einer prozesstechnischen Anlage, weist einen Ringkörper (34) auf, der eine Längsachse (36) senkrecht zur Ebene des Ringkörpers (34) definiert, und der an einer in Bezug auf die Längsachse (36) radial äußeren Fläche (40) eine Dichtfläche (42) aufweist. Der Ringkörper (34) ist mehrschichtig aufgebaut, wobei eine radial äußere erste Schicht (38), an deren radial äußerer Fläche die Dichtfläche (42) vorhanden ist, aus einem Dichtungsmaterial gefertigt ist, und wobei sich auf der der Dichtfläche (42) abgewandten Seite der ersten Schicht (38) eine zweite Schicht (46) anschließt, die in radialer Richtung eine andere Federcharakteristik und/oder ein anderes Material aufweist als die erste Schicht (38). Es wird weiterhin eine Dichtungsanordnung (30) mit einer solchen Ringdichtung (32) und ein Ventil (20) mit einer solchen Dichtungsanordnung (30) beschrieben.

Description

Ringdichtung für ein Schließglied eines Ventils sowie Dichtungsanordnung

mit einer solchen Ringdichtung

Die Erfindung betrifft eine Ringdichtung für ein Schließglied eines Ventils, insbesondere eines Ventils einer prozesstechnischen Anlage, mit einem Ringkörper, der eine Längsachse senkrecht zur Ebene des Ringkörpers definiert, und der an einer in Bezug auf die Längsachse radial äußeren Fläche eine Dichtfläche aufweist.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Dichtungsanordnung an einem Schließglied eines Ventils einer prozesstechnischen Anlage, mit einer Ringdichtung, die einen Ringkörper aufweist, der eine Längsachse senkrecht zur Ebene des Ringkörpers definiert, und der an einer in Bezug auf die Längsachse radial äußeren Fläche eine Dichtfläche aufweist, und mit einer am Schließglied vorhandenen radialen Nut zur Aufnahme der Ringdichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Ventil, insbesondere ein Ventil für eine prozesstechnische Anlage.

Eine prozesstechnische Anlage im Sinne der vorliegenden Erfindung ist bspw. eine lebensmitteltechnische Anlage, eine chemietechnische Anlage, eine pharmazeutische Anlage oder dgl.

Eine Ringdichtung, eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art, sowie ein Ventil sind bspw. aus DE 10 2007 038 124 AI bekannt.

In dem vorstehend genannten Dokument ist ein Doppelsitzventil zur Trennung von Medien in einer lebensmitteltechnischen Anlage beschrieben. Das Doppelsitzventil weist zwei Schließglieder auf, und zwar ein als Ventilteller ausgebildetes Schließglied und ein als Schließhülse ausgebildetes Schließglied.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann das Schließglied ebenfalls ein Ventilteller oder eine Schließhülse sein.

Bei dem bekannten Ventil ist dem Ventilteller und der Schließhülse jeweils eine radial wirkende Ringdichtung zugeordnet.

Die jeweilige Ringdichtung an dem betreffenden Schließglied dichtet gegen einen Schließgliedsitz ab, der bei dem bekannten Doppelsitzventil durch eine Innenfläche eines zylindrischen Gehäuseabschnitts des Gehäuses des Doppelsitzventils gebildet wird.

Entsprechend der Funktion des bekannten Doppelsitzventils sind der Ventilteller und die Schließhülse relativ zu dem Gehäuse axial verfahrbar, um das Ventil zu öffnen, oder um eines der beiden Schließglieder zum Zwecke der Reinigung des zugehörigen Schließgliedsitzes anzulüften. Dies bedeutet, dass die jeweilige Ringdichtung an der Innenfläche des Gehäuseabschnitts, die den Schließgliedsitz definiert, bei jedem Hub des Schließgliedes entlanggleitet. Die Ringdichtungen werden dabei durch Scherkräfte beansprucht, die in Richtung der Längsachse des Ringkörpers der Ringdichtung wirken. Außerdem werden die Ringdichtungen durch Reibung beansprucht. Sowohl die Reibung als auch die Scherkräfte führen nach einiger Zeit zum Versagen der Ringdichtung.

Bei dem bekannten Doppelsitzventil sind die Ringdichtungen als O-Ringe ausgebildet, und die Nut zur Aufnahme der Ringdichtung ist im Querschnitt trapezförmig ausgebildet, wobei die Ringdichtung die Nut im Wesentlichen vollständig ausfüllt und im in die Nut eingesetzten Zustand eine im Querschnitt im Wesentlichen trapezförmige Gestalt einnimmt. Neben Ringdichtungen, die als O-Ringe ausgebildet sind, sind auch Ringdichtungen bekannt, die bereits vor dem Einsetzen in die Nut eine im Querschnitt im Wesentlichen trapezförmige Gestalt aufweisen.

Bei derartigen Dichtungsanordnungen an Schließgliedern eines Ventils einer lebensmitteltechnischen Anlage besteht eine Anforderung darin, dass Medien, bspw. ein Produkt oder eine Reinigungsflüssigkeit, nicht die Ringdichtung hinterwandert und in die Nut eindringt. Diese Anforderung wird bei der Dichtungsanordnung und der Ringdichtung bei dem bekannten Doppelsitzventil erfüllt. Außerdem soll der Raum zwischen der Nut und der Ringdichtung im Wesentlichen ausgefüllt sein.

Ein weiteres technisches Problem, das mit bekannten Dichtungsanordnungen und bekannten Ringdichtungen bislang noch nicht zufriedenstellend gelöst worden ist, wird dadurch verursacht, dass die Ringdichtung, die im Betrieb des Ventils mit verschiedenen Medien in Berührung kommt, bspw. mit Produkt, Reinigungsflüssigkeit, etc., zum Quellen neigt.

Ringdichtungen werden üblicherweise aus einem steifen Elastomer gefertigt, bspw. aus verschiedenen Kautschuk-Arten, Perfluorelastomeren, Polyethylen oder PTFE. Durch das Quellen des Ringkörpers der Ringdichtung wird die Lebensdauer nachteiligerweise verringert. Dies wird mit Bezug auf Fig. 1 nachfolgend erläutert.

Fig. 1 zeigt ausschnittsweise ein Schließglied 1, einen Schließgliedsitz 2 und eine Ringdichtung 3, die in einer Nut 4 des Schließglieds 1 aufgenommen ist. Die Ringdichtung 3 weist im Querschnitt wie dargestellt etwa die Form eines Trapezes auf. Mit einer unterbrochenen Linie 5 ist die radial äußere Fläche der Ringdichtung 3 im nicht gequollenen Zustand gezeigt.

Dadurch, dass die Ringdichtung 3 im Betrieb des Ventils mit Medien in Berührung kommt, quillt die Ringdichtung 3. Mit einer durchgezogenen Linie 6 ist die radial äußere Fläche der Ringdichtung 3 im gequollenen Zustand dargestellt. Durch die Volumenzunahme im Material der Ringdichtung 3 aufgrund des Quellens dringt nun ein Teil des Materials der Ringdichtung 3 in den Spalt 7 zwischen dem Schließglied 1 und dem Schließgliedsitz 2 ein, wie mit Materialabschnitten 8a, 8b in Fig. 1 veranschaulicht ist. Dieser Effekt des Eindringens von Material der Ringdichtung 3 in den Spalt 7 wird auch als Spaltextrusion bezeichnet.

Eine solche Spaltextrusion verringert nun die Lebensdauer der Ringdichtung 3 erheblich. Beim axialen Verfahren des Schließglieds 1 relativ zum Schließgliedsitz 2, die mit einem Doppelpfeil 9 angedeutet ist, können die Materialabschnitte 8a bzw. 8b abreißen, wodurch die Dichtwirkung der Ringdichtung 3 verringert ist oder gar vollständig verlorengeht. Eine besondere Belastung der Ringdichtung besteht dabei am Öffnungsrand 10 der Nut 4, an dem beim Verfahren des Schließgliedes 1 relativ zum Schließgliedsitz 2 die Ringdichtung 3 abgeschert werden kann. Die zur Beschädigung der Ringdichtung 3 führende Wirkung des Quellens der Ringdichtung 3 wird noch dadurch verstärkt, dass, wie aus Fig. 1 mit der durchgezogenen Linie 6 hervorgeht, die Anlagefläche der radial äußeren Fläche der Ringdichtung 3 an dem Schließgliedsitz 2 vergrößert wird, wodurch entsprechend auch die Reibung der radial äußeren Fläche der Ringdichtung 3 am Schließgliedsitz 2 erhöht wird. Auch die Reibung ist eine Ursache für einen Verschleiß der Ringdichtung 3. Um die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden, wurden bislang Anstrengungen unternommen, Materialien für die Ringdichtungen zu suchen, die weniger oder gar nicht zum Quellen neigen. Diese Anstrengungen sind jedoch bislang erfolglos geblieben, so dass weiterhin ein Bedürfnis an einer verbesserten Dichtungsanordnung und an einer verbesserten Ringdichtung der eingangs genannten Art besteht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Ringdichtung und eine Dichtungsanordnung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Lebensdauer der Ringdichtung erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs genannten Ringdichtung dadurch gelöst, dass der Ringkörper mehrschichtig aufgebaut ist, wobei eine radial äußere erste Schicht, an deren radial äußerer Fläche die Dichtfläche vorhanden ist, aus einem Dichtungsmaterial gefertigt ist, und wobei sich auf der der Dichtfläche abgewandten Seite der ersten Schicht zumindest eine zweite Schicht anschließt, die in radialer Richtung eine andere Federcharakteristik und/oder ein anderes Material aufweist als die erste Schicht.

Hinsichtlich der eingangs genannten Dichtungsanordnung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass der Ringkörper mehrschichtig aufgebaut ist, wobei eine radial äußere erste Schicht, an deren radial äußerer Fläche die Dichtfläche vorhanden ist, aus einem Dichtungsmaterial gefertigt ist, und wobei sich auf der der Dichtfläche abgewandten Seite der ersten Schicht zumindest eine zweite Schicht anschließt, die in radialer Richtung eine andere Federcharakteristik und/oder ein anderes Material aufweist als die erste Schicht, und wobei eine radial innere Fläche der ersten Schicht vom Nutgrund radial beabstandet ist.

Die Erfindung geht von dem Konzept aus, nicht das Quellen der Ringdichtung durch eine entsprechende Wahl des Materials der Ringdichtung zu vermeiden, sondern lässt ein Quellen der Ringdichtung zu und vermeidet die auf die Lebensdauer der Ringdichtung abträglichen Wirkungen des Quellens durch einen mehrschichtigen Aufbau der Ringdichtung. Im radial äußeren Bereich der Ringdichtung, an der die Dichtfläche vorhanden ist, weist die erflndungsgemäße Ringdichtung ein Dichtungsmaterial auf, das ein wie bei solchen Ringdichtungen verwendetes übliches steifes Elastomer sein kann. Demgegenüber ist die sich an die erste Schicht anschließende zumindest eine zweite Schicht in radialer Richtung mit einer anderen Federcharakteristik oder aus einem anderen Material ausgebildet als die erste Schicht, derart, dass zwischen der radial inneren Fläche der ersten Schicht und dem Nutgrund ein Raum geschaffen wird, in den beim Quellen des steifen Dichtungsmaterials Material hinein ausweichen kann, indem die zweite Schicht bspw. radial komprimiert wird. Die zweite Schicht bzw. weiteren Schichten bilden somit den Volumenausdehnungsraum für die erste Schicht. Dadurch wird verhindert, dass beim Quellen der ersten Schicht Dichtungsmaterial in den Spalt zwischen dem Schließglied und dem Schließgliedsitz hineinquillt, wodurch die auf die Lebensdauer der Ringdichtung abträglichen Wirkungen des Quellens der Ringdichtung beseitigt werden. Es versteht sich, dass die einzelnen Schichten der Ringdichtung miteinander fest verbunden sind, so dass die Ringdichtung insgesamt einstückig ist.

Vorzugsweise ist die zumindest eine zweite Schicht radial nachgiebiger und/oder elastischer als die erste Schicht.

Die zweite Schicht kann beispielsweise aus einem weichen Schaumwerkstoff oder einem weichen Kautschuk, beispielsweise Moosgummi, gefertigt sein.

Die einzelnen Schichten des mehrschichtigen Aufbaus des Ringkörpers der Ringdichtung können untereinander verschiedene Querschnittsformen und/oder verschiedene Schichtdicken aufweisen. Die einzelnen Schichten können im Querschnitt parallel zur Längsachse gesehen parallel aufgebaut oder mit unterschiedlich konturierten Grenzflächen ausgebildet sein. Durch eine entsprechende Kombination verschiedener Schichten kann die für den betroffenen Verwendungszweck der Ringdichtung günstige Federkennlinie der Ringdichtung generiert werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Ringdichtung und der Dichtungsanordnung schließt sich auf der der ersten Schicht abgewandten Seite der zweiten Schicht zumindest eine dritte Schicht an, die in Richtung der Längsachse zumindest steifer ist als die zweite Schicht, vorzugsweise zumindest so steif wie die erste Schicht ist.

Während die zweite Schicht das radiale Ausweichen des Dichtungsmaterials der ersten Schicht beim Quellen der Ringdichtung erlaubt, sorgt die dritte Schicht für eine zusätzliche Steifigkeit der Ringdichtung in Richtung der Längsachse, wodurch vorteilhafterweise gewährleistet ist, dass die axial äußeren Umfangsflächen der Ringdichtung mit innigem Kontakt an den Nutflanken anliegen. Hierdurch wird vermieden, dass Medium, beispielsweise Produkt- oder Reinigungsflüssigkeit, in die Nut gelangt und die Ringdichtung hinterwandert.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zweite Schicht aus einem gegenüber dem Dichtungsmaterial der ersten Schicht unterschiedlichen zweiten Material gefertigt.

Diese Maßnahme stellt zwar einen erhöhten Fertigungsaufwand der Ringdichtung dar, jedoch stehen durch diese Maßnahme eine Vielzahl von Materialien für die zweite Schicht zur Verfügung, die besonders weich sind und sich als Material für die zweite Schicht im Sinne der vorliegenden Erfindung eignen. Ein solches Material kann beispielsweise, wie oben bereits erwähnt, ein weicher Kautschuk, beispielsweise Moosgummi, sein, während die erste Schicht aus einem steifen Elastomer gefertigt ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Ringdichtung und der Dichtungsanordnung weisen die erste Schicht, die zweite Schicht und ggf. die dritte Schicht in Richtung der Längsachse etwa die gleiche Abmessung auf.

Durch diese Maßnahme wird ein besonders einfacher geometrischer Aufbau der Ringdichtung geschaffen, der im Querschnitt parallel zur Längsachse gesehen vorzugsweise die Form eines Rechtecks aufweist. In diesem Fall kann auch die Nut zur Aufnahme der Ringdichtung im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig ausgebildet und somit leicht in das Schließglied durch übliche Bearbeitungsvorgänge eingebracht werden.

Alternativ zu der vorstehend genannten Ausgestaltung ist es ebenso bevorzugt, wenn sich von der ersten Schicht zwei Schenkelabschnitte im Wesentlichen radial zur Längsachse hin weg erstrecken, die in Richtung der Längsachse voneinander beabstandet sind, und dass die zweite Schicht und ggf. die dritte Schicht zwischen den Schenkelabschnitten angeordnet sind.

Das Vorsehen axial seitlicher Schenkelabschnitte, die vorzugsweise einstückig mit der ersten Schicht aus dem steifen Dichtungsmaterial gefertigt sind, hat den Vorteil einer verbesserten dichtenden Anlage der Ringdichtung an den Nutflanken auch auf radialer Höhe der zweiten Schicht. Hierdurch wird noch sicherer vermieden, dass Medium in die Nut eindringt und die Ringdichtung hinterwandert. Wenn die dritte in Richtung der Längsachse härtere Schicht zusätzlich zwischen den Schenkelabschnitten angeordnet ist, bewirkt diese dritte Schicht einen axialen Anlagedruck der Schenkelabschnitte gegen die Nutflanken, wodurch die Dichtwirkung gegen die Nutflanken noch weiter verbessert wird.

Anstelle des Vorsehens einer in Richtung der Längsachse steifen dritten Schicht, die die Schenkelabschnitte axial voneinander wegdrückt, kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Dichtungsanordnung vorgesehen sein, dass der Nutgrund einen mittleren radial nach außen erhabenen Steg aufweist, der von der ersten Schicht radial beabstandet ist, und der die beiden Schenkelabschnitte an den Nutflanken fixiert.

Dadurch, dass der Steg von der ersten Schicht radial beabstandet ist, bleibt der Volumenausweichraum, der durch die zweite Schicht geschaffen wird, vorteilhafterweise erhalten. Der Steg hat lediglich die Funktion, die beiden Schenkelabschnitte gegen die Nutflanken zu halten. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Ringdichtung und der Dichtungsanordnung ist die Dichtfläche an der radial äußeren Fläche der ersten Schicht als um die Längsachse umfängliche, im Wesentlichen linienförmige Dichtlippe ausgebildet.

Hierbei ist von Vorteil, dass die Gleitreibung der radial äußeren Fläche der ersten Schicht, die beim Verfahren des Schließglieds relativ zum Schließglied auftritt, deutlich verringert ist, was ebenfalls zur Erhöhung der Lebensdauer der Ringdichtung beiträgt.

Dabei ist es weiterhin bevorzugt, wenn die radial äußere Fläche der ersten Schicht ausgehend von zumindest einer Seite der Dichtlippe in Richtung der Längsachse eine konkav geformte Mulde aufweist.

Durch die von der Dichtlippe ausgehende vorzugsweise zu beiden Seiten der Dichtlippe vorhandene konkave Wölbung wird ein weiterer Raum geschaffen, in den beim Quellen der Ringdichtung Material der Ringdichtung ausweichen kann, ohne dabei jedoch mit dem Schließgliedsitz unter Anpressdruck in Berührung zu kommen oder gar in den Spalt zwischen dem Schließglied und dem Schließgliedsitz gedrückt zu werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Dichtungsanordnung weist die Nut an ihrem radial äußeren Ende in Richtung der Längsachse eine kleinere Abmessung auf als die Ringdichtung, wenn diese nicht in die Nut eingesetzt ist.

Hierbei ist von Vorteil, dass der axiale Anlagedruck der Ringdichtung gegen die Nutflanken im Sinne einer höheren Dichtigkeit gegen ein Eindringen von Medium in die Nut vergrößert ist. Außerdem wird das Einbauen der Ringdichtung in die Nut vereinfacht, indem die Ringdichtung beim Einsetzen in die Nut in diese einschnappt. Ein noch weiterer Vorteil ist, dass sich die Ringdichtung stets in einer definierten Einbaulage befindet. Dabei ist es bevorzugt, wenn sich die Nut ausgehend von ihrem radial äußeren Ende in Richtung der Längsachse über eine radiale Teilstrecke, die kleiner ist als die radiale Erstreckung des Ringkörpers, aufweitet.

Mit dieser Maßnahme weist die Nut an ihrem offenen Ende eine Art Einfassung für die Ringdichtung auf, die die vorstehend genannten Vorteile erfüllt, nämlich das Aufbringen eines ausreichenden axialen Anlagedruckes zumindest der ersten Schicht gegen die Nutflanken, ein einfaches Einbauen der Ringdichtung in die Nut und eine definierte Einbaulage der Ringdichtung in radialer Richtung.

Die Erfindung betrifft ferner ein Ventil, insbesondere ein Doppelsitzventil für eine lebensmitteltechnische Anlage, das eine Dichtungsanordnung gemäß einer oder mehreren der vorstehend genannten Ausgestaltungen und/oder eine Ringdichtung gemäß einer oder mehreren der vorstehend genannten Ausgestaltungen aufweist.

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:

Figur 1 eine Dichtungsanordnung gemäß dem Stand der Technik in einem

Schnitt parallel zur Längsachse der Dichtungsanordnung;

Figur 2 ausschnittsweise ein Ventil, insbesondere Doppelsitzventil einer lebensmitteltechnischen Anlage, im Schnitt parallel zur Längsachse des Ven- tils, mit einer erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung und einer erfindungsgemäßen Ringdichtung;

Figur 3 einen gegenüber Figur 2 vergrößerten Ausschnitt des Ventils in Figur 2;

Figur 4 eine Ringdichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel im

Querschnitt parallel zur Längsachse der Ringdichtung; und

Figur 5 eine Darstellung ähnlich zu Figur 3 eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Dichtungsanordnung.

Fig. 2 zeigt ein mit dem allgemeinen Bezugszeichen 20 versehenes Ventil, das als Doppelsitzventil ausgestaltet ist, und das in einer lebensmitteltechnischen Anlage verwendet wird.

Das Doppelsitzventil 20 weist ein erstes Schließglied 22 und ein zweites Schließglied 24 auf, wobei die Schließglieder 22 und 24 hier als Ventilteller gezeigt sind.

Beide Schließglieder 22 und 24 sind in ihrer Schließstellung gezeigt.

Das Schließglied 22 wirkt in der in Fig. 2 gezeigten Schließstellung mit einem Schließgliedsitz 26 zusammen, der als Zylindermantelfläche an einem Gehäuseabschnitt 28 des Gehäuses des Ventils 20 ausgebildet ist.

Aus der in Fig. 2 gezeigten Schließstellung kann das Schließglied 22 gemäß einem Pfeil 27 nach oben unter Mitnahme des zweiten Schließglieds 24 in die Offenstellung überführt werden. Das Schließglied 22 könnte jedoch auch entgegen der Richtung des Pfeils 27 nach unten aus der Schließstellung in seine Offenstellung überführt werden, um das Schließglied 22 anzulüften. Das Schließglied 22 weist eine erfindungsgemäße Dichtungsanordnung 30 auf, die eine Ringdichtung 32 aufweist.

Die Dichtungsanordnung 30 und die Ringdichtung 32 werden nachfolgend auch mit Bezug auf Fig. 3 näher beschrieben.

Die Ringdichtung 32 ist entsprechend ihrer Einbaulage in dem Schließglied 22 und dessen Zusammenwirken mit dem Schließgliedsitz 26 als Radialdichtung ausgebildet.

Die Ringdichtung 32 weist einen Ringkörper 34 auf, der eine Längsachse 36 senkrecht zur Ebene des Ringkörpers 34 definiert.

Soweit nachfolgend die Begriffe "radial" und "axial" verwendet werden, so beziehen sich diese Begriffe auf die Längsachse 36.

Der Ringkörper 34 ist insgesamt mehrschichtig aufgebaut. Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, weist der Ringkörper 34 eine radial äußere erste Schicht 38 auf. Die radial äußere erste Schicht 38 ist aus einem Dichtungsmaterial gefertigt, beispielsweise aus einem steifen Elastomer, wie er für solche Ringdichtungen in Anwendung bei einem Ventil für eine lebensmitteltechnische Anlage verwendet wird.

Eine radial äußere Fläche 40 der ersten Schicht 38 weist eine Dichtfläche 42 auf. Die Dichtfläche 42 ist als um die Längsachse 36 umfängliche, im Wesentlichen linien- förmige Dichtlippe 44 ausgebildet.

Auf der der Dichtfläche 42 abgewandten Seite der ersten Schicht 38 ist eine zweite Schicht 46 angeordnet, die sich unmittelbar an die erste Schicht 38 anschließt. Die zweite Schicht 46 ist dabei in radialer Richtung nachgiebiger und/oder elastischer als die erste Schicht 38. Die erhöhte radiale Nachgiebigkeit der zweiten Schicht 46 wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die zweite Schicht 46 aus einem weichen Material gefertigt ist, beispielsweise aus einem weichen Kautschuk, beispielsweise aus Moosgummi. Die zweite Schicht 46 weist insbesondere in radialer Richtung eine hohe Kompressibilität auf.

Auf der der ersten Schicht 38 abgewandten Seite der zweiten Schicht 46 schließt sich an diese eine dritte Schicht 48 an, die zumindest in Richtung der Längsachse steifer bzw. härter ist als die zweite Schicht 46, und die beispielsweise so steif wie die erste Schicht 38 sein kann oder sogar steifer als diese.

Die dritte Schicht 48 kann beispielsweise aus einem steifen Elastomer sein, beispielsweise dem gleichen Elastomer wie die erste Schicht 38, oder aus einem noch steiferen Material, beispielsweise aus PTFE, oder sogar aus einem harten Kunststoff oder Metall.

Die zweite Schicht 46 wirkt nun als Ausweichraum, in den sich die erste Schicht 38 beim Quellen der ersten Schicht 38 ausdehnen kann, wie in Fig. 3 mit einer unterbrochenen Linie 50 veranschaulicht ist. Da die zweite Schicht 46 radial weicher ist als die erste Schicht 38, wird die zweite Schicht 46 dabei komprimiert.

Aufgrund der Wirkung der zweiten Schicht 46 als Ausweichraum wird vermieden, dass Material der ersten Schicht 38 in den Spalt 52 zwischen dem Schließglied 22 und dem Schließglied 26 hineingedrückt wird.

Aufgrund der Nachgiebigkeit der zweiten Schicht 46 erhöht sich auch nicht der Anpressdruck der Dichtfläche 42 bzw. der Dichtlippe 40 gegen den Schließgliedsitz 26, vielmehr kann die erste Schicht 38, wie mit der unterbrochenen Linie 50 angedeutet ist, in die zweite Schicht 46 hineinfedern, wodurch auch die Reibung der Dichtlippe 44 an dem Schließgliedsitz 26 beim Quellen der ersten Schicht 38 nicht oder nicht wesentlich erhöht wird. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die erste Schicht 38, die zweite Schicht 46 und die dritte Schicht 48 in Richtung der Längsachse 36 gleich weit, bzw. sie weisen in dieser Richtung die gleiche Abmessung auf. Der Ringkörper 34 weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Querschnitt parallel zur Längsachse 30 etwa die Form eines Rechtecks auf.

Die Dichtlippe 44 ist in axialer Richtung etwa mittig zwischen den axialen Enden des Ringkörpers 34 angeordnet, wobei die radial äußere Fläche 40 der ersten Schicht 38 ausgehend von der Dichtlippe 44 zu beiden axialen Enden hin eine jeweils konkav geformte Mulde 54 bzw. 56 aufweist. Auch hierdurch wird zusätzlicher Ausweichraum für die Ringdichtung 32 für eine Volumenvergrößerung der Ringdichtung 32 beim Quellen geschaffen, wodurch erreicht wird, dass außer der Dichtlippe 48 keine weiteren Bereiche der äußeren Fläche 40 der ersten Schicht 38 mit dem Schließgliedsitz 26 in Berührung kommen, zumindest nicht unter Anpressdruck. Insbesondere wird dadurch ebenfalls vermieden, dass beim Quellen der Ringdichtung 32 Material der Ringdichtung 32 in den Spalt 52 zwischen dem Schließgliedsitz 26 und dem Schließglied 22 gelangt.

Die Dichtungsanordnung 30 weist weiterhin eine Nut 58 auf, in der die Ringdichtung 32 aufgenommen ist.

Die Nut 60 weist eine Nutflanke 60 und eine Nutflanke 62 auf, sowie einen Nutgrund 64. Die Nut 60, genauer gesagt die Nutflanken 60, 62 und der Nutgrund 64 sind an die Außenkontur der Ringdichtung 32 angepasst, und die Nut ist entsprechend im gezeigten Ausführungsbeispiel im Querschnitt in Richtung der Längsachse 36 im Wesentlichen rechteckig ausgebildet.

Während die Nutflanken 60 und 62 im gezeigten Ausführungsbeispiel radial verlaufen, kann es auch vorgesehen sein, dass die Nutflanken 60 und 62 von radial außen nach radial innen in Richtung schräg aufeinander zu verlaufen, wodurch den axialen Enden der Ringdichtung 32 eine Vorspannung in axialer Richtung verliehen werden kann.

Eine radial innere Fläche 51 der ersten Schicht 38 ist vom Nutgrund 64 beabstandet. Die dritte Schicht 48 liegt vorzugsweise flächig auf dem Nutgrund 64 auf.

Die Nutflanke 60 weist an ihrem radial äußeren Ende einen axial zur Nutflanke 62 hin gerichteten axialen Vorsprung 66 auf. Die Nutflanke 62 weist an ihrem radial äußeren Ende einen axialen Vorsprung 68 auf, der in axialer Richtung zu der Nutflanke 60 hin gerichtet ist. Auf diese Weise weist die Nut 58 an ihrem radial äußeren Ende in axialer Richtung eine kleinere Abmessung auf als die Ringdichtung 32, wenn diese nicht in die Nut 58 eingesetzt ist. Die axialen Vorsprünge 66 und 68 drücken die erste Schicht 38 somit geringfügig axial zusammen, wodurch die erste Schicht 38 innig an den Nutflanken 60, 62, bzw. genauer gesagt an den axialen Vorsprüngen 66 und 68 anliegt. Entlang der axialen Vorsprünge 66 und 68 weitet sich die Nut 58 über eine radiale Teilstrecke der Ringdichtung 32, wie in Fig. 3 gezeigt ist, axial auf.

Die axialen Vorsprünge 66 und 68 bewirken außerdem beim Einsetzen der Ringdichtung 32 in die Nut 58 ein Einschnappen bzw. Einrasten der Ringdichtung 32 in der Nut 58 und definieren außerdem eine vorbestimmte Einbaulage der Ringdichtung 32 in der Nut 58.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Ringdichtung 32 gemäß Fig. 3, die mit dem Bezugszeichen 32' versehen ist.

In dieser Ausgestaltung erstrecken sich von der ersten Schicht 38' zwei Schenkelabschnitte 70, 72 an den axialen Enden der ersten Schicht 38' von dieser radial nach innen weg. Die Schenkelabschnitte 70, 72 sind dabei vorzugsweise aus dem gleichen Material gefertigt wie die erste Schicht 38' selbst und sind insbesondere einstückig mit der ersten Schicht 38' ausgebildet. Die zweite Schicht 46' und die dritte Schicht 48' sind zwischen den Schenkelabschnitten 70 und 72 angeordnet.

Wie bei der Ringdichtung 32 ist die zweite Schicht 46' in radialer Richtung mit anderer Federcharakteristik und/oder einem anderen Material ausgebildet als die erste Schicht 38' und dient beim Quellen der ersten Schicht 38' als Ausweichvolumen bzw. Ausweichraum für Material der ersten Schicht 38'.

Die dritte Schicht 48', die steifer ausgebildet ist als die zweite Schicht 46' und zumindest so steif ist wie die erste Schicht 38' fixiert die Schenkelabschnitte 70 und 72 in axialer Richtung, so dass diese nicht axial aufeinander zu klappen, beispielsweise beim axialen Verfahren des Schließglieds 22 oder aufgrund des Druckes auf der radial äußeren Fläche 40' der Ringdichtung 32'.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine radial innere Fläche 74 der ersten Schicht 38' von der Längsachse 36 aus gesehen konkav gewölbt, wodurch die erste Schicht 38' eine höhere radiale Vorspannung in Richtung radial nach außen erhält, bzw. die erste Schicht 38' noch mehr radial federnd wirkt.

In Fig. 5 ist eine Abwandlung der Ringdichtung 32' in Fig. 4 dargestellt, die in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 32" versehen ist.

Die Ringdichtung 32" weist eine erste Schicht 38" auf, die wie die erste Schicht 38' in Fig. 4 zwei radial nach innen von der ersten Schicht 38" weg gerichtete Schenkelabschnitte 70" und 72" aufweist.

Zwischen den Schenkelabschnitten 70" und 72" ist die zweite Schicht 46" angeordnet, die radial weicher ist als die erste Schicht 38".

Die dritte Schicht 48' in Fig. 4 fehlt bei der Ringdichtung 32". Dafür weist die Nut 58" am Nutgrund 64" einen radial nach außen erhabenen Steg 74 auf, der von der ersten Schicht 38" radial beabstandet ist, und der die beiden Schenkelabschnitte 70" und 72" an den Nutflanken 60" und 62" fixiert.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der einzelnen Ringdichtungen 32, 32' und 32" und der Nut 58 und 58" miteinander kombiniert werden können, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Es versteht sich ebenso, dass die Schichten 38, 46 und 48 bzw. 38', 46', 48' bzw. 38", 46", 48" jeweils eine einstückige Ringdichtung bilden, bei der die einzelnen Schichten miteinander fest verbunden sind, d.h. dass die Schichten voneinander nicht abnehmbar sind bzw. nicht lose aufeinandergelegt sind.

Claims

Patentansprüche

Ringdichtung für ein Schließglied (22) eines Ventils (20), insbesondere eines Ventils (20) einer prozesstechnischen Anlage, mit einem Ringkörper (34), der eine Längsachse (36) senkrecht zur Ebene des Ringkörpers (34) definiert, und der an einer in Bezug auf die Längsachse (36) radial äußeren Fläche (40) eine Dichtfläche (42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (34) mehrschichtig aufgebaut ist, wobei eine radial äußere erste Schicht (38), an deren radial äußerer Fläche die Dichtfläche (42) vorhanden ist, aus einem Dichtungsmaterial gefertigt ist, und wobei sich auf der der Dichtfläche (42) abgewandten Seite der ersten Schicht (38) zumindest eine zweite Schicht (46) anschließt, die in radialer Richtung eine andere Federcharakterisik und/oder ein anderes Material aufweist als die erste Schicht (38).

Ringdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht radial nachgiebiger und/oder elastischer ist als die erste Schicht.

Ringdichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der der ersten Schicht (38) abgewandten Seite der zweiten Schicht (46) zumindest eine dritte Schicht (48) anschließt, die in Richtung der Längsachse (36) zumindest steifer ist als die zweite Schicht (46).

Ringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (38), die zweite Schicht (46) und ggf. die dritte Schicht (48) in Richtung der Längsachse (36) etwa die gleiche Abmessung aufweisen.

Ringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich von der ersten Schicht (38'; 38") zwei Schenkelabschnitte (70, 72; 70", 72") im Wesentlichen radial zur Längsachse (36) hin weg erstrecken, die in Richtung der Längsachse (36) voneinander beabstandet sind, und dass die zweite Schicht (46'; 46") und ggf. die dritte Schicht (48') zwischen den Schenkelabschnitten (70, 72; 70", 72") angeordnet sind.

6. Ringdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (42) an der radial äußeren Fläche der ersten Schicht (38) als um die Längsachse (36) umfängliche, im Wesentlichen linienförmige Dichtlippe (44) ausgebildet ist.

7. Ringdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Fläche der ersten Schicht (38) ausgehend von zumindest einer Seite der Dichtlippe (44) in Richtung der Längsachse (36) eine konkav geformte Mulde (54, 56) aufweist.

8. Dichtungsanordnung an einem Schließglied (22) eines Ventils (20), insbesondere eines Ventils (20) einer prozesstechnischen Anlage, mit einer Ringdichtung (32), die einen Ringkörper (34) aufweist, der eine Längsachse (36) senkrecht zur Ebene des Ringkörpers (34) definiert, und der an einer in Bezug auf die Längsachse (36) radial äußeren Fläche (40) eine Dichtfläche (42) aufweist, und mit einer am Schließglied (22) vorhanden radialen Nut (58) zur Aufnahme der Ringdichtung (32), wobei die Nut (58) einen Nutgrund (64) und Nutflanken (60, 62) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (34) mehrschichtig aufgebaut ist, wobei eine radial äußere erste Schicht (38), an deren radial äußerer Fläche die Dichtfläche (42) vorhanden ist, aus einem Dichtungsmaterial gefertigt ist, und wobei sich auf der der Dichtfläche (42) abgewandten Seite der ersten Schicht (38) zumindest eine zweite Schicht (46) anschließt, die in radialer Richtung eine andere Federcharakterisik und/oder ein anderes Material aufweist als die erste Schicht (38), und wobei eine radial innere Fläche (51) der ersten Schicht (38) vom Nutgrund (64) radial beabstandet ist.

9. Dichtungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht radial nachgiebiger und/oder elastischer ist als die erste Schicht.

10. Dichtungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der der ersten Schicht (38) abgewandten Seite der zweiten Schicht (46) zumindest eine dritte Schicht (48) anschließt, die in Richtung der Längsachse (36) zumindest steifer ist als die zweite Schicht (46).

11. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (38), die zweite Schicht (46) und ggf. die dritte Schicht (48) in Richtung der Längsachse (36) etwa die gleiche Abmessung aufweisen.

12. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich von der ersten Schicht (38'; 38") zwei Schenkelabschnitte (70, 72; 70", 72") im Wesentlichen radial zur Längsachse (36) hin weg erstrecken, die in Richtung der Längsachse (36) voneinander beabstandet sind, und dass die zweite Schicht (46'; 46") und ggf. die dritte Schicht (48') zwischen den Schenkelabschnitten (70, 72; 70", 72") angeordnet sind.

13. Dichtungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Nutgrund (64") einen mittleren radial nach außen erhabenen Steg (74) aufweist, der von der ersten Schicht (38") radial beabstandet ist, und der die beiden Schenkelabschnitte (70", 72") an den Nutflanken (60", 62") fixiert.

14. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtfläche (42) an der radial äußeren Fläche der ersten Schicht (38) als um die Längsachse (36) umfängliche, im Wesentlichen linien- förmige Dichtlippe (44) ausgebildet ist.

15. Dichtungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die radial äußere Fläche der ersten Schicht (38) ausgehend von zumindest einer Seite der Dichtlippe (44) in Richtung der Längsachse (36) eine konkav geformte Mulde (54, 56) aufweist.

16. Dichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (58) an ihrem radial äußeren Ende in Richtung der Längsachse eine kleinere Abmessung aufweist als die Ringdichtung (32), wenn diese nicht in die Nut (58) eingesetzt ist.

17. Dichtungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (58) ausgehend von ihrem radial äußeren Ende in Richtung der Längsachse (36) über eine radiale Teilstrecke, die kleiner ist als die radiale Erstre- ckung des Ringkörpers (34), aufweitet.

18. Ventil, insbesondere Ventil für eine prozesstechnische Anlage, mit einer Dichtungsanordnung (30) nach einem der Ansprüche 8 bis 17 und/oder mit einer Ringdichtung (32) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.