JP6452754B2 - フランジシールおよび該フランジシールを含むシール装置 - Google Patents

Description

本発明は、フランジシールと、そのようなフランジシールを含むシール装置とに関する。

フランジシールは、強靱な材料から成る支持体と、ゴム弾性の材料から成るシールエレメントとを有しており、支持体とシールエレメントとは、互いに一体的に結合されており、この場合、シールエレメントは、シールすべき空間内においてシールすべき媒体により負荷を与えることが可能なシールエッジを有している。

シール装置は、このようなフランジシールと、２つのフランジとを有している。この場合、フランジシールは軸方向で２つのフランジの間に密閉するように配置されている。

先行技術
このようなフランジシールおよびこのようなシール装置は、それぞれＤＩＮ３２６７６から知られている。

シール装置は、同軸にかつ軸方向で相並んで配置された２つのフランジを有している。これらのフランジは、軸方向で緊締されたフランジシールによって互いに密閉するように結合されている。フランジおよびフランジシールは一緒に、シールすべき媒体により貫流可能である管状の管路を形成する。フランジは、互いに面した側にそれぞれ１つの溝を有している。この場合、溝内には、フランジシールのシールエレメントの増厚部が密閉するように配置されている。フランジシールは半径方向内側でシールエッジを有している。シールエッジの内径は、管状の管路の直径に相当する。

欧州特許第２３３４９５９号明細書から、衛生的な管をシールするフランジシールが知られている。このフランジシールは、内周面、外周面ならびに２つの端面を備えた環状の支持体を有している。２つの端面は少なくとも部分的に、シール材料のエラストマ材料により覆われている。覆われていないのは、端面側で両側に配置された軸方向の端部ストッパのみである。これらの端部ストッパは、それぞれ支持体の構成部分を形成する。支持体は、フランジの内径よりも最小限だけ大きく形成された内径を有している。この場合、支持体は、シール装置の横断面で見て、内径側でシールエレメントのゴム弾性の材料によってほぼＵ字形に取り囲まれている。フランジシールが組み付けられた状態で、このフランジシールはフランジの内径に相当する内径を有している。

上述の先行技術において、熱膨脹および／または膨化（Ｑｕｅｌｌｕｎｇ）は、シールエレメントを形成するゴム弾性の材料が、半径方向外側に拡大／膨脹することにつながり、半径方向では、シールエレメントのシールエッジが半径方向内方に向かって、フランジにより画定されている中空室内に突出することにすらつながる。これにより、フランジを通流するシールすべき媒体のための流れ横断面が意図せずに狭められ、シールすべき媒体の意図しない渦流が生じることがある。さらに、シールエッジが、たとえばフランジの洗浄時に剪断され得るので不都合である。これにより、機械的な粒子の放出が生じることがあり、シールエッジは、このような損傷により、もはや確実にシールすることはできない。

発明の開示
本発明の根底を成す課題は、フランジシールおよびフランジシールを備えたシール装置を改良して、フランジシールの内径、特にシールエッジの直径が、あらゆる運転状況において、シールすべきフランジの内径より、もしそうであったとしても、極めて僅かにしか小さくないようにすることである。

この課題は、本発明によれば、請求項１に記載のフランジシールと、請求項１２に記載のシール装置とにより解決される。請求項１を直接的または間接的に引用する請求項は、フランジシールの有利な態様に関する。

課題を解決するためには、シールエレメントが、シールエッジの領域において、製造に起因した状態で複数の中空室を有しており、これらの中空室が、フランジシールが規定用途通りに使用されている間に容積変化可能であることが規定されている。規定通りの使用中に、フランジシールは通常、種々異なる温度にさらされ、シールすべき種々異なる媒体に接触する。種々異なる温度および／またはシールすべき種々異なる媒体による負荷は、シールエレメントが規定用途通りに使用されている間に、シールエレメントの熱膨脹および／またはシールエレメントを形成する材料の膨化をもたらし得る。

上述の欠点を回避するために、シールエッジの領域において複数の中空室が設けられている。これらの中空室は、フランジシールの規定通りの使用中に、容積変化可能である。通常、ゴム部分の製造時には、通常は不都合であるいかなる中空室も有しないように、極めて慎重に注意が払われる。しかし本発明によれば、容積変化可能な中空室は、フランジシールに関連して、フランジシールの有利な使用特性をもたらすことが判った。なぜならば、これらの中空室により、シールエレメントのゴム弾性の材料の熱膨脹および／またはこの材料の膨化が補償されるからである。この補償は、膨脹／膨化させられた材料が中空室内に収容されることにより行われ、これによりシールエレメントの内径、特にシールエッジの内径は常に十分に一定のままであり、実際にフランジの内径内に突出しない。

フランジおよびフランジシールは、特に頻繁に「衛生的な運転」において、つまり食品または製薬の分野において洗浄される。この場合、フランジシールが使用されている部品の洗浄は、約１３０℃〜１６０℃の温度で実施される。洗剤として、しばしば化学的にアグレッシヴな洗剤が使用される。これらの洗剤は、シールエレメントのゴム弾性の材料の、意図しないかつ技術的に排除することのできない膨化をもたらし得る。

温度に起因する膨脹および／またはたとえば化学的にアグレッシヴの洗剤に基づく膨化が、中空室によって補償されることにより、シール装置は、シールエレメントが損傷されることなしに、たとえばシールエッジがフランジの、軸方向で隣接する画定エッジにおいて剪断されることなしに、ブラシまたはいわゆるピグによって問題なく機械的に洗浄され得る。

「シールエッジの領域において」とは、本発明の主旨において、フランジシールの使用特性に上述の条件下で有利に影響を与え得る領域であると理解される。シールエッジの領域におけるゴム弾性の材料は、上述の条件下で中空室内に引っ込んでいる。

有利な態様では、中空室はそれ自体が閉じられて形成されていることが規定されている。この場合、これらの中空室は、外側に向かって密閉されており、したがって、たとえばシールすべき媒体により汚染されず、これによりその使用特性において不都合に影響を受けないので有利である。したがってフランジシールは、同一のままの良好な使用特性を全使用期間にわたり有している。

上述したように、中空室は、フランジシールが用途通りに使用されている間に、ゴム弾性の材料の熱膨脹および／または膨化により、シールエレメントのゴム弾性の材料を収容するために、容積補償−中空室として形成されている。

シールエッジの領域における上述の中空室に対して付加的に、別の中空室がシールエレメントに配置されていてもよい。この別の中空室は、シールエレメントを形成するゴム弾性の材料が、全体的なシールフランジにおいて十分に均一に膨脹することができ、したがってゴム弾性の材料において意図しない内部応力が発生しないように働く。

このためには、中空室および別の中空室が、ほぼ均等に分配されてシールエレメント内に配置されていることが規定されていると有利である。

シールエッジは、シールすべき空間内におけるシールすべき媒体の流れ方向で見て、凹状に形成されていてもよい。中空室が、ゴム弾性の材料の熱に起因する膨脹および／または膨化により既に充填されている場合に、製造に起因して当初は未だに凹状に形成されているシールエッジは、シールエッジがフランジの内径に面一に整合するまで、凸状の方向に膨脹することができる。

シールエレメントは、ＥＰＤＭ材料から成っていてもよい。この場合、このような材料は特に廉価であり、簡単に加工することができるという利点を有している。材料として、たとえばＦＫＭ、ＶＭＱ、ＮＢＲまたはＡＣＭが使用され得る。

本発明による中空室が使用されない場合には、このようなＥＰＤＭ材料はフランジシールのためには実際には適していない。このような材料は、種々異なる温度および／またはシールすべき種々異なる媒体に、膨脹および／または部分的に著しい膨化という大きな変化を伴って反応する。材料が中空室内に引っ込むことができることによってのみ、この材料は、フランジをシールするために十分な耐用時間および十分に良好な使用特性を有している。

支持体は、フランジシールに作用するクランプ力を制限するために、端面側で両側に軸方向の端部ストッパを有していてもよい。この場合、支持体は、端部ストッパを除いて、シールエレメントのゴム弾性の材料により実質的に取り囲まれている。フランジシールは、軸方向でのその組付け中に、軸方向の端部ストッパがフランジにより直接に当て付けられるように接触されるまで、緊締される。この場合、クランプ力を制限することにより、シールエレメントのゴム弾性の材料は意図しない高い機械的な負荷にさらされないので有利である。つまり端部ストッパは、クランプ力制限の機能を有している。

支持体およびシールエレメントは、有利には材料接続式かつ／または形状接続式に互いに結合されている。このことは、化学的な結合により、または十分に良好なかみ合い（Ｖｅｒｋｒａｌｌｅｎ）により行われ得る。特に、良好な形状接続式の結合に関して、上述のように、シールエレメントのゴム弾性の材料が支持体をほぼ完全に取り囲んでいると有利である。

支持体は、その周方向で見て、波状またはパールチェーン状に形成されていてもよい。このように形成された支持体は、該支持体が全体的にフランジシール内で比較的小さな容積を要求し、これによりシールエレメントのゴム弾性の材料の熱膨脹および／または膨化を補償するために未だに十分な容積を使用することができるという利点を有している。

パールチェーン状の支持体が使用された場合、玉部は、横断面で見て、円形または台形に形成されていてもよい。横断面で円形の玉部では、押圧がますます大きくなる場合に、これにより平坦にされる玉部の載置面もますます大きくなるという利点がある。さらに、玉部の球形状は、極めて高い安定性を有しており、導入された力をあらゆる方向で均等に導出することを可能にする。

横断面で見て台形の玉部では、導入された力が側方にのみ導出されるので有利である。台形形状により、比較的大きな接触領域が生じるので、比較的高い力が吸収され得る。さらに、台形形状は、球形状に比べて簡単に、ひいては廉価に製造可能である。

フランジシールは、有利には外周面側でゴム弾性の材料により被覆された支持体により画定されている。支持体をフランジシールの半径方向外側の領域のみに配置することにより、シールエレメントは特に良好に使用事例のそれぞれの状況に適合され得る。これにより、エラストマ材料と支持体との改善された協働が生じる。半径方向内側で、エラストマは妨害されずシールすることができ、半径方向外側では支持体が良好に作用し、エラストマを過度に強い力に対して保護する。さらに、熱負荷は半径方向外側で小さく、これにより改善された支持作用が生じるので有利である。

シール装置は、上述のようなフランジシールと、２つのフランジとを有している。この場合、フランジシールは、軸方向で２つのフランジの間に密閉するように配置されており、この場合フランジは、端部ストッパに直接に当て付けられるように接触する。

本発明に係るフランジシールと、本発明に係るフランジシールを有する本発明に係るシール装置とを図１から図１３において概略的な図面に示し、以下に詳しく説明する。

図１から図１３は、それぞれ概略的な図面を示している。

本発明に係るフランジシールの実施の形態を示す図である。 図１に示したフランジシールを有するシール装置である。 図２に示したシール装置を別の箇所で断面した図である。 中空室の互いに異なる２つの実施の形態を示す図であり、図４．１．１および図４．２．１には製造条件に起因した状態における中空室が示されており、図４．１．２および図４．２．２には、中空室が室温において、アグレッシヴな媒体による負荷なしに組み込まれた状態で示されており、図４．１．３および図４．２．３には、中空室が最大限の負荷、つまり高い温度およびシールすべきアグレッシヴな媒体が負荷された状態で示されている。 図１に示したフランジシールの斜視図である。 図５に示した支持体の斜視図である。 図５に示した支持体に類似する支持体の第２の実施の形態を示す図である。 パールチェーン状に形成された支持体を示す図である。 台形の玉部を有する支持体の別の実施の形態を示す図である。 フランジシールとしての本発明に係るフランジシールの実施の形態を示す図である。 図３に示した実施の形態を室温で示す図である。 図３に示した実施の形態を８０℃の温度で示す図である。 図３に示した実施の形態を１６０℃の温度で示す図である。

発明の実施の形態
図１には、フランジシールの１つの実施の形態が示されている。フランジシールは、強靱な材料から成る支持体１を有している。シールエレメント２は、ゴム弾性の材料から成っており、支持体１に一体的に結合されている。半径方向内側で、シールエレメント２はシールエッジ５を有している。このシールエッジ５には、シールすべき空間４内においてシールすべき媒体３に負荷を与えることが可能である。

本発明にとって重要なことは、シールエレメント２が、シールエッジ５の領域において、製造に起因した状態で、ここに図示されているように、複数の中空室６を有していることである。これらの中空室６は、フランジシールが用途通りに使用されている間に容積変化可能である。これに関して、容積変化可能な中空室６が示されている図４を既に現時点で参照されたい。

ここに示された実施の形態では、シールエレメント２の、軸方向１８で端面側に両側で配置された、開いた中空室とも呼ばれ得る切欠き１９，２０に対して付加的に、複数の中空室６がそれ自体閉じられて形成されている。ここに示された中空室６は、容積補償−中空室として形成されており、フランジシールが用途通りに使用されている間に、ゴム弾性の材料の熱膨脹および／または膨化によって、シールエレメント２のゴム弾性の材料を収容するために設けられている。上述の中空室６の他に、複数の別の中空室７が設けられており、別の中空室７はほぼ均等に分配されてシールエレメント２内に配置されている。これによりシールエレメント２のエラストマ材料の内部の応力ピークが回避される。

シールエッジ５は、シールすべき空間４内におけるシールすべき媒体３の流れ方向８で見て、凹状に形成されている。

支持体１は、フランジシールに作用する緊締力１１を制限するために、端面側で両側に軸方向の端部ストッパ９，１０を有している。この場合、支持体１は、端部ストッパ９，１０を除いて、シールエレメント２のゴム弾性の材料により完全に取り囲まれている。ここで示された支持体１およびシールエレメント２は、材料接続式かつ形状接続式に互いに結合されており、支持体１は、その周方向１２で見て、波状１３に形成されている。

シールエレメント２は、半径方向外側で支持体１の領域において端面側で両側に隆起部２６，２７を有している。隆起部２６，２７には、有利には周方向で環状に延びるそれぞれ１つの切欠き２２，２３が配置されている。フランジシールの軸方向の圧縮時に、シールエレメント２の押し退けられたエラストマ材料は、この切欠き２２，２３内に逃げることができる。これにより、中空室６および／または別の中空室７の機能が支援される。

図２では、図１に示したフランジシールがシール装置に組み込まれて示されている。フランジシールは、軸方向１８で両フランジ１６，１７の間に密閉するように配置されている。この場合、両フランジ１６，１７は、支持体１の端部ストッパ９，１０により当て付けられて接触されている。断面は図５に示したＡ−Ａ線に沿っている。

図３には、図２に示したシール装置が、別の箇所で切断されて示されている。この場合、図５に示したＢ−Ｂ線に沿って切断されている。ここでは、支持体１がこの箇所において、シールエレメントのゴム弾性の材料により完全に取り囲まれていることが判る。

図２および図３では、フランジ１６，１７のためのクランプ２１が設けられている。このクランプ２１は、フランジ１６，１７を軸方向で一緒に保持する。フランジ１６，１７は、溝２４，２５を有しており、これらの溝２４，２５内に隆起部２６，２７が、シール装置が用途通りに使用されている間に収容されている。

図４には、シールエレメント２の互いに異なる負荷状態が、シールエッジ５の領域において示されている。図４．１．１および図４．２．１は、製造に起因した状態における中空室６を示している。図４．１．１には、比較的大きな１つの中空室が示されている。図４．２．１にはこれに対して比較的小さな５つの中空室が示されている。

図４．２．１および図４．２．２には、フランジシールのシールエレメント２のゴム弾性の材料が、組み込まれた状態で示されている。押し退けられた材料の一部は、既に比較的小さな中空室６内に逃げている。

シールエッジ５の領域においてシールエレメント２の材料に最大限に負荷が与えられた状態が、図４．１．３および図４．２．３に示されている。材料の大部分が中空室６，７内に逃げているので、中空室６，７は、温度に起因して押し退けられたか、または媒体に起因して膨脹した材料でいまやほぼ完全に充填されている。

重要なのは、温度負荷および／または膨化時にシールエレメント２のゴム弾性の材料が中空室６，７内に移動させられて、これによりシールエレメントが、特にシールエッジ５の領域において、全ての負荷状態においてほぼ同一の形状を維持することである。両フランジ１６，１７の間のシールギャップから、フランジ１６，１７により画定されている管状の横断面への材料の意図しない押出しは起こらない。

図５には、図１に示したフランジシールが斜視図で示されている。この場合、見易くするために、支持体１の一部が露出させられている。

図６には、図５に示された支持体１が個別部分として示されている。支持体１は、周方向１２で見て、波状１３に形成されている。

図７には、図５に示したフランジシールに類似する１つのフランジシールが示されている。唯１つの違いは、支持体１が、異なって形成されていることにある。支持体１は、周方向１２で見て、パールチェーン状１４に形成されている。この場合パールチェーン状の支持体１，１４の玉部１５は、横断面で見て、円形に形成されている。玉部１５は、平坦にされた端部ストッパ９，１０を有している。

図９には、別の支持体が示されている。この場合、図９に示された支持体は、台形状に形成された玉部１５を有している。この形状は、極めて高いクランプ力１１を吸収することを可能にする。

図１０には、図５に示したフランジシールに類似するフランジシールが示されている。この場合、図１０に示されたフランジシールは、フラットシールとして形成されている。このフラットシールは、図１に示したフランジシールとは異なり、隆起部を有しておらず、使用されるフランジは相応して、図２および図３で示されているような溝を有していない。

図１１から図１３には、図２および図３に示したシール装置が異なる運転状態で示されている。

図１１では、シール装置は室温で示されているが、図１２では８０℃で、図１３では１６０℃で示されている。互いに異なる温度負荷および／またはアグレッシヴな媒体３によるシールエレメント２のゴム弾性の材料への負荷は、シールエレメント２のシールエッジ５の形状にほとんど影響を有していない。なぜならば、シールエレメントの膨脹かつ／または膨化させられたゴム弾性の材料は中空室６，７内に引っ込んでいるからである。

Claims (11)

1. フランジシールであって、強靱な材料から成る支持体（１）と、ゴム弾性の材料から成るシールエレメント（２）とを備え、前記支持体（１）と前記シールエレメント（２）とは互いに一体的に結合されており、前記シールエレメント（２）は、シールすべき空間（４）内のシールすべき媒体（３）の側に位置するシールエッジ（５）を有している、フランジシールにおいて、
   前記シールエレメント（２）は、製造に起因した状態で複数の中空室（６）を有しており、該中空室（６）は、前記フランジシールが用途通りに使用されている間に容積変化可能であり、
   前記支持体（１）は、その周方向（１２）で見て、波状（１３）またはパールチェーン状（１４）に形成されていることを特徴とする、フランジシール。
2. 前記パールチェーン状の支持体（１，１４）の玉部（１５）は、横断面で見て、円形または台形に形成されている、請求項１記載のフランジシール。
3. 前記中空室（６）は、それ自体が閉じられて形成されている、請求項１又は２記載のフランジシール。
4. 前記中空室（６）は、前記フランジシールが用途通りに使用されている間に、前記ゴム弾性の材料の熱膨脹および／または膨化により、前記シールエレメント（２）の前記ゴム弾性の材料を収容するために、容積補償−中空室として形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のフランジシール。
5. 前記中空室（６）に対して付加的に、複数の別の中空室（７）が前記シールエレメント（２）内に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のフランジシール。
6. 前記中空室（６）および前記別の中空室（７）は、ほぼ均等に分配されて前記シールエレメント（２）内に配置されている、請求項５記載のフランジシール。
7. 前記シールエッジ（５）は、前記シールすべき空間（４）内における前記シールすべき媒体（３）の流れ方向（８）で見て、凹状に形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のフランジシール。
8. 前記シールエレメント（２）は、ＥＰＤＭ材料から成っている、請求項１から７までのいずれか１項記載のフランジシール。
9. 前記支持体（１）は、前記フランジシールに作用する緊締力（１１）を制限するために、端面側で両側に軸方向の端部ストッパ（９，１０）を有しており、前記支持体（１）は、前記端部ストッパ（９，１０）を除いて、前記シールエレメント（２）のゴム弾性の材料により完全に取り囲まれている、請求項１から８までのいずれか１項記載のフランジシール。
10. 前記支持体（１）および前記シールエレメント（２）は、材料接続式にかつ／または形状接続式に互いに結合されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のフランジシール。
11. 請求項９又は請求項９を引用する請求項１０記載のフランジシールと、２つのフランジ（１６，１７）を備えたシール装置であって、前記フランジシールは、軸方向（１８）で見て、前記フランジ（１６，１７）の間に密閉するように配置されており、前記フランジ（１６，１７）は、前記端部ストッパ（９，１０）に直接に当て付けられるように接触することを特徴とする、シール装置。

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