УПЛОТНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА И УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ КОЛЬЦО ИЗ НЕЕ
SEALING SYSTEM AND SEALING RING THEREFROM

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к уплотнительной системе, включающей в себя уплотнительное кольцо, по меньшей мере, с одной динамически нагруженной уплотнительной кромкой, уплотняемый элемент машины с уплотняемой поверхностью, которая электропроводна и герметично охвачена уплотнительной кромкой с радиальным предварительным напряжением, причем уплотнительное кольцо имеет сердечник из электропроводного материала и оболочку из изолирующего электричество материала, причем оболочка имеет толщину материала, по меньшей мере, частично окружает сердечник и включает в себя уплотнительную кромку, и детектор износа, включающий в себя электрическое измерительное устройство для регистрации состояния износа уплотнительного кольца. Кроме того, изобретение относится к уплотнительному кольцу уплотнительной системы, описанной выше.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Такая уплотнительная система и такое уплотнительное кольцо раскрыты в более ранней заявке DE 10 2016 012 552.7. Изолирующая электричество оболочка имеет толщину материала, которая во всех окружных областях вокруг электропроводного сердечника постоянна. Оболочка имеет при этом сравнительно малую толщину материала и прилегает по плоскости к сердечнику. Детектор износа включает в себя электрическое измерительное устройство, которое выполнено в виде емкостного измерительного устройства. Такой принцип измерений основывается на том, что между уплотняемой поверхностью уплотняемого элемента машины и сердечником уплотнительного кольца прикладывается электрическое напряжение, и определяется электрическая емкость между уплотняемой поверхностью и сердечником. Влияющими величинами электрической емкости являются диэлектрический коэффициент оболочки, а также радиальное расстояние между уплотняемой поверхностью и сердечником. Уплотнительные кольца с уплотнительной кромкой из уплотнительного материала, в частности динамически нагруженные уплотнительные кромки, изнашиваются во время целевого применения уплотнительного кольца. Такой износ может приводить к тому, что сначала доходит до протечки в уплотнительной системе, а затем до выхода из строя всей уплотнительной системы. Если с увеличением износа изменяется толщина материала уплотнительной кромки, которая является частью оболочки, изменяется также электрическая емкость между уплотняемой поверхностью и сердечником уплотнительного кольца, причем это изменение электрической емкости регистрируется подходящей оценочной электроникой. Как раскрыто в более ранней заявке, вследствие этого могут также регистрироваться постепенные изменения в характере работы уплотнительного кольца и постепенный износ уплотнительной кромки. Состояние уплотнительного кольца контролируется таким образом постоянно.
Другая уплотнительная система известна из DE 10 2007 007 405 B4. Известная уплотнительная система включает в себя динамически нагруженное уплотнительное кольцо и электрическое устройство для определения состояния износа уплотнительного кольца, причем уплотнительное кольцо состоит из проводящего электричество первого уплотнительного материала, на котором размещен не проводящий электричество второй уплотнительный материал, который находится в уплотняющем контакте с уплотняемой поверхностью уплотняемого элемента машины. Уплотняемая поверхность, также как и первый уплотнительный материал, электропроводна. При полном износе второго уплотнительного материала электропроводная уплотняемая поверхность входит в контакт с равным образом электропроводным первым уплотнительным материалом, и электрическая цепь, отображающая полный износ, то есть отображающая разрушение уплотнительного кольца, замыкается. При таком исполнении уплотнительной системы следует учитывать, что постепенное изменение состояния уплотнительного кольца не может регистрироваться. Посредством замыкания электрической цепи лишь отображается, что уплотнительное кольцо больше не пригодно к эксплуатации и немедленно должно заменяться.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В основе изобретения лежит задача уплотнительную систему и уплотнительное кольцо указанного вначале типа усовершенствовать соответственно таким образом, что возможен постоянный контроль состояния уплотнительного кольца, что электрическое измерительное устройство, которое используется для постоянного контроля состояния, предоставляет наиболее точные результаты измерений, и что в частности помехи, которые могут отрицательно влиять на точность результата измерений, как например паразитные емкости, в максимальной степени минимизированы.
Эта задача решается согласно изобретению с помощью признаков пунктов 1 и 12 формулы изобретения. На предпочтительные варианты осуществления ссылаются зависимые пункты формулы изобретения.
Для решения задачи предусмотрено, что, если смотреть в сечении, толщина материала уплотнительной кромки в радиальном направлении меньше, чем толщина материала остальной оболочки. Преимуществом при этом является то, что по существу только уменьшающаяся вследствие эксплуатации в радиальном направлении толщина материала уплотнительной кромки имеет влияние на результат измерений электрического измерительного устройства. По отношению к сравнительно самой малой толщине материала уплотнительной кромки сравнительно большая толщина материала остальной оболочки обеспечивает то, что помехи, которые могли бы отрицательно влиять на точность измерений результата измерений, практически исключены. Такие нежелательные емкостные помехи из соседних к уплотнительной кромке областей могли бы без экранирования большей толщиной материала остальной оболочки входить в измерение для регистрации состояния износа уплотнительного кольца и отрицательным образом искажали бы результат измерений. Помехи могли бы исходить, например, из корпуса, который окружает уплотнительное кольцо, или из уплотняемой среды. Надежная регистрация соответственно актуального состояния износа уплотнительного кольца и тем самым всей уплотнительной системы была бы в этом случае больше не возможна. Толщина материала оболочки предпочтительно адаптирована к каждому случаю применения таким образом, что там, где могут возникать паразитные емкостные величины, толщина материала оболочки увеличена. Лишь там, где происходит действительное емкостное измерение, а именно в месте измерения, которое в радиальном направлении с обеих сторон от уплотнительной кромки ограничено уплотняемой поверхностью в радиальном направлении с одной стороны и сердечником в радиальном направлении с другой стороны, толщина материала уплотнительной кромки из изолирующего электричество материала сравнительно минимальна. Вследствие того, что нежелательные емкостные помехи не входят в измерение при помощи электрического измерительного устройства, точность результата измерений наиболее велика.
Сердечник может состоять из эластомерного материала, в частности из обычных уплотнительных материалов. Эластомерный материал может становиться электропроводным, например, благодаря электропроводным частицам. Такими частицами могут быть, например, металлические частицы. Оболочка может также состоять из эластомерного материала или из PTFE-материала, или из другого полимерного материала, как, например, PTFE, PEEK или PPS. Если сердечник и оболочка состоят из одного эластомерного материала, то сердечник и оболочка ввиду аналогичного материала, из которого они состоят, наиболее хорошо прилипают друг к другу с молекулярным замыканием. Если в противоположность этому оболочка состоит из PTFE-материала, то уплотнительная кромка имеет наиболее низкий коэффициент трения прилипания и высокую химическую устойчивость. Уплотнительная кромка из PTFE-материала в итоге наиболее устойчива к износу.
Согласно предпочтительному варианту осуществления может быть предусмотрено, что остальная оболочка имеет максимальную толщину материала, и что отношение максимальной толщины материала к толщине материала уплотнительной кромки составляет, по меньшей мере, 5, далее предпочтительно от 5 до 10. Такое отношение показывает, что толщина материала остальной оболочки значительно больше, чем толщина материала уплотнительной кромки. Благодаря сравнительно большой толщине материала и как следствие благодаря хорошему экранированию от внешних паразитных емкостей обусловленное эксплуатацией изменение состояния уплотнительной кромки и тем самым обусловленное эксплуатацией изменение уплотняющего действия уплотнительного кольца и потому всей уплотнительной системы может наиболее точно регистрироваться. Слишком ранняя замена еще функционирующего надлежащим образом уплотнительного кольца или внезапно возникающее для пользователя повреждение/разрушение уплотнительного кольца больше не происходит благодаря высокой точности измерений.
Толщина материала оболочки может, начиная с уплотнительной кромки, в радиальном и/или осевом направлении, по меньшей мере, вначале постоянно увеличиваться. Скачкообразные изменения направления, которые могли бы привести к концентрациям напряжений в материале уплотнительного кольца и тем самым к преждевременному выходу из строя уплотнительной системы, вследствие этого предотвращаются.
Оболочка может быть выполнена, если смотреть в сечении, по существу U-образной и иметь две распространяющиеся по существу в радиальном направлении торцевые стороны, между которыми расположен, если смотреть в осевом направлении, сердечник. Вследствие этого электропроводный сердечник практически полностью окружается изолирующей электричество оболочкой. Лишь в области уплотнительной кромки изолирующая электричество оболочка имеет минимальную толщину материала. Во всех остальных областях, а именно за пределами места измерения, изолирующая оболочка имеет в противоположность этому большую толщину материала, для того чтобы отводить внешние паразитные емкости от места измерения и повышать точность измерений.
Согласно предпочтительному варианту осуществления может быть предусмотрено, что торцевые стороны имеют соответственно осевую толщину, которая соответствует по существу осевой толщине сердечника. Паразитные емкости, которые исходят, например, из корпуса, в котором расположено уплотнительное кольцо, лучше всего экранируются сравнительно толстыми торцевыми сторонами оболочки от места измерения, так же как и от сердечника, который находится в осевом направлении между торцевыми сторонами.
Сердечник выполнен в виде кольца и на обращенной в радиальном направлении к уплотнительной кромке стороне имеет, если смотреть в сечении, предпочтительно по существу конгруэнтное относительно уплотнительной кромки исполнение. Сердечник на обращенной в радиальном направлении к уплотнительной кромке стороне может быть выполнен, если смотреть в сечении, по существу в виде конуса. Благодаря такому исполнению уплотнительное кольцо имеет в итоге простую конструкцию. Посредством подгонки угла конуса сердечника и благодаря U-образному исполнению оболочки необходимая толщина материала оболочки вокруг места измерения и экранирующее действие оболочки могут наиболее просто адаптироваться к соответствующим имеющимся условиям случая применения. Если угол конуса сердечника на обращенной в радиальном направлении к уплотнительной кромке стороне уменьшается, то толщина материала оболочки за пределами уплотнительной кромки или за пределами места измерения сравнительно быстро увеличивается, так же как и эффективность экранирования нежелательных паразитных емкостей. Если угол конуса в противоположность этому сравнительно велик, то уплотнительная кромка и тем самым точка измерения может расширяться, если смотреть в осевом направлении.
Уплотнительное кольцо в осевом направлении посередине может иметь воображаемую радиальную плоскость и быть выполнено симметричным относительно радиальной плоскости. Преимуществом при этом является то, что такое уплотнительное кольцо может наиболее просто изготавливаться и монтироваться с обеих сторон в уплотнительную систему. Опасность ошибок монтажа минимизирована. Электрическое измерительное устройство предпочтительно выполнено, как описано выше, в виде емкостного измерительного устройства для непрерывной регистрации толщины материала уплотнительной кромки в радиальном направлении. Благодаря непрерывной регистрации толщины материала уплотнительной кромки в радиальном направлении будущий выход из строя уплотнительного кольца проявляется настолько заблаговременно, что пользователем уплотнительной системы могут своевременно и заранее приниматься меры, например, для быстрого ремонта. По сравнению с электрическим измерительным устройством, которое отображает выход из строя уплотнительного кольца/уплотнительной системы лишь тогда, когда он уже действительно произошел, это является большим преимуществом.
Емкостное измерительное устройство включает в себя точку измерения, которая в радиальном направлении с обеих сторон от уплотнительной кромки ограничено уплотняемой поверхностью в радиальном направлении с одной стороны и сердечником в радиальном направлении с другой стороны. В области места измерения толщина материала уплотнительной кромки из изолирующего электричество материала минимальна.
Описанная выше уплотнительная система с описанным выше уплотнительным кольцом может использоваться в гидравлике или пневматике, равно как и в химической промышленности, в пищевой промышленности и в производстве напитков. Уплотнительная система и уплотнительное кольцо из нее могут наиболее предпочтительно применяться в качестве уплотнения штока для клапанов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 и 2 схематично изображены два примера осуществления уплотнительных систем. На чертеже показаны:
фиг. 1 - уплотнительная система, которая раскрыта в указанной вначале, более ранней заявке; и
фиг. 2 - пример осуществления соответствующей изобретению уплотнительной системы, в которой используется соответствующее изобретению уплотнительное кольцо.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг. 1 показан пример осуществления, который раскрыт в указанной вначале, более ранней заявке.
Уплотнительная система включает в себя уплотнительное кольцо 1 с динамически нагруженной уплотнительной кромкой 2, которая уплотняемую поверхность 4 уплотняемого элемента 3 машины герметично охватывает с радиальным предварительным напряжением. Уплотняемая поверхность 4 электропроводна.
Уплотнительное кольцо 1 включает в себя сердечник 5, который закрыт оболочкой 7 в области своих торцевых сторон 16, 17 и на обращенной к уплотняемой поверхности 4 стороне. Сердечник 5 состоит из электропроводного материала 6, оболочка 7 же из изолирующего электричество материала 8.
Схематично обозначен детектор 12 износа, который включает в себя электрическое измерительное устройство 13 для регистрации состояния износа уплотнительного кольца 1.
При рассмотрении показанного здесь сечения оболочка 7 имеет в целом постоянную толщину 9, 10, 11 материала. Толщина 9 материала уплотнительной кромки 2 в области места 23 измерения соответствует толщине 10 материала за пределами места 23 измерения.
Для того чтобы отводить внешние паразитные емкости, например, из корпуса 24 или из уплотняемой среды 25, от места 23 измерения, предусмотрена соответствующая изобретению уплотнительная система с соответствующим изобретению уплотнительным кольцом.
На фиг. 2 показан пример осуществления соответствующей изобретению уплотнительной системы с соответствующим изобретению уплотнительным кольцом. В отличие от уплотнительного кольца 1 с фиг. 1 уплотнительное кольцо 1 с фиг. 2 имеет оболочку 7, у которой при рассмотрении показанного здесь сечения толщина 9 материала уплотнительной кромки 2 в радиальном направлении 14 меньше, чем толщина 10, 11 материала остальной оболочки 7. Благодаря сравнительно большей толщине 10, 11 материала за пределами места 23 измерения электрическое измерительное устройство 13 экранируется от электрических помех. Результат измерений вследствие этого гораздо точнее и позволяет делать достоверные выводы об актуальном соответственно состоянии уплотнительного кольца, в частности о состоянии уплотнительной кромки 2.
В показанном здесь примере осуществления остальная оболочка 7 имеет максимальную толщину 11 материала, причем отношение максимальной толщины 11 материала к толщине 9 материала уплотнительной кромки 2 составляет примерно от 7 до 8. Начиная с уплотнительной кромки 2, толщина 10, 11 материала оболочки 7 в радиальном 14 и осевом направлении 15 постоянно увеличивается до тех пор, пока изолирующая электричество оболочка 7 не перейдет в распространяющиеся в радиальном направлении 14 торцевые стороны 16, 17. На торцевых сторонах 16, 17 толщина 10, 11 материала оболочки 7 постоянна и максимальна.
Торцевые стороны 16, 17 имеют соответственно примерно осевую толщину 18, 19, которая соответствует осевой толщине 20 сердечника 5. Вследствие этого сердечник 5 наиболее хорошо экранируется от влияния нежелательных паразитных емкостей.
Уплотнительное кольцо 1 может наиболее просто и экономично изготавливаться и кроме того надежно монтироваться также из-за того, что оно в осевом направлении 15 посередине имеет воображаемую радиальную плоскость 21, относительно которой оно выполнено симметричным.
Посредством детектора 12 износа с его электрическим измерительным устройством 13, которое выполнено в виде емкостного измерительного устройства 22, толщина 9 материала уплотнительной кромки 2 в радиальном направлении может непрерывно регистрироваться. Точка 23 измерения в радиальном направлении 14 с обеих сторон от уплотнительной кромки 2 ограничивается уплотняемой поверхностью 4 в радиальном направлении с одной стороны и сердечником 5 в радиальном направлении с другой стороны, причем уплотняемая поверхность 4 и сердечник 5 состоят соответственно из электропроводного материала.