УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА
SEALING SYSTEM

Изобретение касается уплотнительной системы для уплотнения зазора между элементом машины и корпусом, включающей в себя по меньшей мере один уплотнительный элемент.
Уплотнения, в частности уплотнения, испытывающие динамическую нагрузку, в течение предусмотренного срока службы снашиваются, при этом сказываются разные феномены снашивания. Вследствие усталости материала контактное напряжение уплотнения ослабевает, уменьшается также сила прижатия. Вследствие износа и посадочных свойств изменяются размеры уплотнения. Эти процессы приводят к тому, что сначала происходят утечки, а затем выход из строя уплотнительной системы. Но даже испытывающие статическую нагрузку уплотнения снашиваются в течение предусмотренного срока службы. Здесь сказываются, в частности, посадочные свойства.
Для контроля утечки через уплотнения известно интегрирование в уплотнение устройства для контроля утечки. Из DE 10 2007 007 405 B4 известно электрическое устройство для распознавания состояния износа динамического уплотнительного элемента. Этот уплотнительный элемент включает в себя электропроводный участок и не электропроводный участок, который находится в контакте с уплотняемым элементом машины. Элемент машины тоже является электропроводным. Из-за износа уплотнительного элемента не электропроводящий материал снашивается, так что электропроводящий уплотнительный материал приходит в контакт с элементом машины. При этом электрическая цепь замыкается, и можно определить, что уплотнительный элемент изношен.
При этом варианте осуществления недостаток заключается в невозможности регистрации постепенных изменений состояния. Можно только определять, что достигнут предел износа, и что надо заменить уплотнительный элемент.
В основе изобретения лежит задача, предоставить уплотнительную систему, которая обеспечит возможность непрерывного контроля состояния уплотнительного элемента, причем эта уплотнительная система обладает возможностью простого монтажа.
Эта задача решается с помощью признаков п.1 формулы изобретения. На предпочтительные варианты осуществления ссылаются зависимые пункты формулы изобретения.
Для решения задачи уплотнительная система для уплотнения зазора между элементом машины и корпусом включает в себя по меньшей мере один уплотнительный элемент, причем этот уплотнительный элемент по меньшей мере частичной электропроводно оснащен, и при этом предусмотрена изоляция, которая электрически изолирует уплотнительный элемент относительно элемента машины.
Вследствие вышеописанных явлений износа, таких как усталость материала, снашивание и посадочные свойства, изменяется контактное напряжение элементов уплотнительной системы относительно уплотняемого элемента машины. Поэтому контактное напряжение постепенно изменяется на протяжении срока эксплуатации.
Изменение контактного напряжения может регистрироваться посредством сенсоров. Подходящими для этого сенсорами являются, например, сенсоры давления или тензометрические элементы, которые передают электрический сигнал в оценочную электронику.
В предлагаемом изобретением осуществлении уплотнительный элемент по меньшей мере частично  электропроводно оснащен, так что изменение контактного напряжения может регистрироваться непосредственно с помощью уплотнительного элемента. Благодаря этому функция сенсора непосредственно интегрирована в уплотнительный элемент. Не требуется предусматривать какой-либо отдельный сенсор. Если в течение эксплуатации вследствие износа или посадочных (осадка) свойств контактное напряжение изменяется, изменяются электрические свойства указанного по меньшей мере одного по меньшей мере частично электропроводно оснащенного уплотнительного элемента.
В соответствии с изобретением изменение контактного напряжения, соответственно, свойства износа уплотнительного элемента регистрируются собственно электропроводным оснащением. Поэтому требуется изолировать уплотнительный элемент относительно соседних и электропроводных элементов. Чтобы достичь этого, уплотнительный элемент электрически изолирован относительно элемента машины и/или корпуса. Тем самым может гарантироваться, что для определения износа, соответственно, для определения изменения контактного напряжения используются только электрические свойства указанного по меньшей мере частично электропроводно оснащенного уплотнительного элемента. Электропроводящий контакт между уплотнительным элементом и элементом машины, соответственно, корпусом искажал бы результат измерения.
По первому предпочтительному варианту осуществления уплотнительный элемент снабжен образующей изоляцию оболочкой. При этом оболочка может быть выполнена из уплотнительного материала и непосредственно или опосредствованно приходить в соприкосновение с элементом машины. При этом свойства износа уплотнительного элемента определяются внутри уплотнительного элемента. Износ уплотнительного элемента и тем самым необходимость замены уже имеет место, когда контактное напряжение уплотнительного элемента превышает некоторое заданное значение. При этом непосредственный контакт уплотнительного элемента, соответственно, электропроводного участка уплотнительного элемента с уплотняемым элементом машины не происходит.
По одному альтернативному варианту осуществления корпус имеет монтажное пространство для уплотнительного элемента, причем это монтажное пространство снабжено образующей изоляцию облицовкой. При этом монтажное пространство может быть выполнено, например, в форме кольцевого паза, при этом боковые стенки и дно паза снабжены облицовкой. Облицовка состоит предпочтительно из полимерного материала.
Электрическая изоляция относительно элемента машины может получаться таким образом, что между уплотнительным элементом и элементом машины предусмотрена либо другая изоляция, либо другой уплотнительный элемент. Например, уплотнительная система может иметь выполненный как круглое кольцо уплотнительный элемент и другой уплотнительный элемент в виде манжеты. При этом указанный уплотнительный элемент расположен на другом уплотнительном элементе со стороны наружного периметра и вызывает радиальное прижатие другого уплотнительного элемента к элементу машины. При этом варианте осуществления осуществляется активирование другого уплотнительного элемента указанным уплотнительным элементом. Выполненные таким образом уплотнительные элементы часто выполнены из ПТФЭ (политетрафторэтилена).
Уплотнительный элемент предпочтительно выполнен из электропроводно оснащенного синтетического материала. Для этого уплотнительный элемент может быть снабжен электропроводными частицами, например, железосодержащими частицами или углеродосодержащими частицами. В частности, возможно, чтобы уплотнительный элемент был выполнен из эластомерного материала, который снабжен электропроводными частицами.
Уплотнительная система может включать в себя блок оценки, который регистрирует электрическое сопротивление уплотнительного элемента, в частности изменения вследствие так называемого пьезорезистивного эффекта.
Предпочтительно уплотнительный элемент прилегает к элементу машины или упомянутому другому уплотнительному элементу с предварительным напряжением, при этом регистрируемое блоком оценки электрическое сопротивление уплотнительного элемента изменяется в зависимости от этого напряжения. Предварительное напряжение изменяется вследствие вышеописанных свойств изнашивания и постепенно уменьшается.
Регистрируемое блоком оценки электрическое сопротивление уплотнительного элемента может изменяться в зависимости от посадочных свойств. Также электрическое сопротивление может изменяться из-за того, что при изменении условий напряжения внутри уплотнительного элемента изменяется расположение электропроводных частиц внутри уплотнительного элемента, что сопровождается изменением электрического сопротивления. Это поведение сравнимо с пьезорезистивным эффектом.
Уплотнительный элемент может быть снабжен электропроводными контактными элементами. Для этого один или несколько кабелей могут быть введены в уплотнительный элемент, соответственно, завулканизированы в уплотнительный элемент. Альтернативно из уплотнительного элемента могут быть выполнены лапки из электропроводного материала. Причем эти лапки могут быть выполнены из единого материала и заодно целое с электропроводными участками уплотнительного элемента.
Уплотнительный элемент может иметь несколько электропроводных сегментов. Для этого уплотнительный элемент может быть по своему периметру разделен, то есть расчленен на сектора, которые выполнены отдельно друг от друга и электропроводно оснащены. Благодаря этому возможно более точное определение и локализация износа уплотнительного элемента, что предпочтительно, в частности, у больших уплотнений. Но уплотнительный элемент может также иметь многослойную конструкцию по своей ширине, так что может измеряться характер контактного напряжения под уплотнением. Многослойная конструкция уплотнительного элемента может достигаться путем изготовления уплотнительного элемента в процессе 3D-печати.
Некоторые варианты осуществления уплотнительной системы поясняются подробнее ниже с помощью фигур. На них показано, соответственно схематично:
фиг.1: уплотнительная система с согласованной с корпусом изоляцией;
фиг.2: уплотнительная система, имеющая изолирующую уплотнительный элемент оболочку;
фиг.3: уплотнительный элемент, имеющий контактный лапки;
фиг.4: уплотнительный элемент, имеющий заделанные кабели;
фиг.5: многослойный уплотнительный элемент;
фиг.6: статическая уплотнительная система;
фиг.7: уплотнительный элемент, имеющий электропроводные сектора.
На фигурах показана уплотнительная система 1 для уплотнения зазора между элементом 2 машины и корпусом 3. При этом уплотнительный элемент 4, расположенный между элементом 2 машины и корпусом 3, уплотняет зазор. Уплотнительный элемент 4 расположен в выполненном в корпусе 3 монтажном пространстве 7. Монтажное пространство 7 выполнено в виде окружного паза.
В настоящих вариантах осуществления элемент 2 машины представляет собой обладающий вращательной или поступательной подвижностью элемент 2 машины, например, вал.
Уплотнительный элемент 4 состоит из синтетического (полимерного) материала, здесь эластомерного материала, и снабжен электропроводными частицами. В качестве материала для уплотнительного элемента 4 возможны известные для уплотнений 4 уплотнительные материалы. Например, может применяться натуральный каучук, ЭПДМ (этиленпропиленовый каучук), фторкаучук или тому подобное. Электропроводные частицы могут, например, представлять собой железосодержащие частицы или частицы углерода.
Не изображенный здесь блок оценки регистрирует электрическое сопротивление уплотнительного элемента 4. Подходящие блоки оценки известны из уровня техники.
На фиг.1 показана уплотнительная система 1, имеющая первый уплотнительный элемент 4, который радиально прижимает другой уплотнительный элемент 10 к элементу 2 машины. Уплотнительный элемент 4 выполнен как круглое кольцо. Упомянутый другой уплотнительный элемент 10 выполнен как манжета. Этот другой уплотнительный элемент 10 состоит из ПТФЭ. Упомянутым другим уплотнительным элементом 10 уплотнительный элемент 4 электрически изолирован относительно элемента 2 машины. Уплотнительный элемент 4 помещен в пазовое монтажное пространство 7 корпуса 3. Монтажное пространство 7 снабжено облицовкой 8 из полимерного материала, благодаря чему получается электрическая изоляция 5 уплотнительного элемента 4 относительно корпуса 3.
На фиг.2 показана уплотнительная система 1 в соответствии с фиг.1, при этом изоляция 5 образована окружающей уплотнительный элемент 4 оболочкой 6. Оболочка 6 состоит из электроизолирующего уплотнительного материала.
На фиг.3 на виде сверху показан уплотнительный элемент 4 в виде круглого кольца. Из уплотнительного элемента 4 выполнены контактные элементы 11 в виде лапок из электропроводного материала, которые выдаются радиально наружу. Лапки выполнены из единого материала и заодно целое с уплотнительным элементом 4.
На фиг.4 показана уплотнительная система 1 в соответствии с фиг.1, при этом предусмотрены контактные элементы 11 в виде электрических проводов, соответственно, кабелей, которые вдаются внутрь уплотнительного элемента 4. С помощью контактных элементов 11 получается проводящее соединение между уплотнительным элементом 4 и блоком 9 оценки. В уплотнительных системах 1, которые изображены на других фигурах, это соединение, хотя и не показано, однако тоже имеется.
На фиг.5 показана уплотнительная система 1, у которой уплотнительный элемент 4 выполнен многослойным. Уплотнительный элемент 4 имеет сегменты 12 в виде нескольких наложенных в осевом направлении друг на друга, кольцеобразно выполненных слоев, которые изолированы друг относительно друга. Кроме того, изоляция 5 выполнена так, что получается оболочка 6, окружающая уплотнительный элемент 4.
Отдельные слои сегментов 12 могут изготавливаться по методу 3D-печати.
На фиг.6 показано статическое уплотнение, у которого круглое кольцо расположено в корпусе 3 и уплотняет зазор между корпусом 3 и элементом 2 машины. Уплотнительный элемент 4 снабжен электрической изоляцией 5 в виде оболочки 6, которая электрически изолирует уплотнительный элемент 4 относительно корпуса 3 и элемента 2 машины.
На фиг.7 на виде сверху показан уплотнительный элемент 4, который имеет сегменты 12 в виде секторов с электропроводным оснащением, которые электрически изолированы друг относительно друга.