密封装置和密封元件的制作方法

1.本发明涉及一种密封装置，其包括第一机器元件和第二机器元件，所述第一机器元件和第二机器元件限定一间隙，其中，在该间隙中设置有密封元件，该密封元件在弹性预紧的情况下密封地贴靠在第二机器元件上，该密封元件具有第一区段和第二区段，第一区段与待密封的介质接触。


背景技术：

2.密封件、尤其是受动态应力的密封件在预期的使用寿命期间磨损，其中，不同的磨损现象起作用。由于材料疲劳，密封件的接触应力减小，压紧力也减小。由于磨损、材料疲劳和沉降行为，密封件的尺寸发生变化，因此接触应力和接触力逐渐减小。这些过程导致密封系统首先发生泄漏并且然后发生故障。
3.为了监控密封件的可能的泄漏，已知的是，将用于泄漏监控的装置集成到密封件中。这种泄漏监控例如由de 10 2007 007 405 b4已知。其中描述了一种用于识别动态密封元件的磨损状态的电气装置。在此，密封元件包括导电区段和不导电区段，所述导电区段与待密封的机器元件接触。该机器元件同样是导电的。由于密封元件的磨损，所述不导电的密封材料用坏，使得所述导电的密封材料最终与所述机器元件接触。在此，电路闭合，这又可以被感测并且用信号表示必需更换密封元件。
4.在该设计方案中不利的是，不能检测逐渐的状态变化。仅能够确定，达到了密封元件的磨损极限并且必须更换密封元件。此外，该设计方案仅检测去除材料的磨损。而不能检测由于沉降行为造成的密封作用的损失。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于，提供一种密封装置，该密封装置具有对密封元件的密封功能进行持久的和预测性的状态监控的可能性，该状态监控还考虑磨损和沉降行为。
6.该目的通过权利要求1和10的特征来实现。从属权利要求参考有利的设计方案。
7.为了实现该目的，密封装置包括限定间隙的第一机器元件和第二机器元件，其中，在该间隙中布置有密封元件，该密封元件在弹性预紧的情况下密封地贴靠在第二机器元件上，该密封元件具有第一区段和第二区段，第一区段与待密封的介质接触，为密封元件配设有至少一个传感器，所述传感器检测密封元件的压紧，该传感器配设于第二区段。
8.密封元件的密封作用主要通过密封元件到第二机器元件上的压紧力产生。在此，在由弹性体材料构成的密封元件中，密封元件的压紧通过密封材料的弹性变形产生。弹性变形产生反作用力，所述反作用力作用在密封元件的所有贴靠面上，亦即不仅作用在待密封的第二机器元件上而且作用在第一机器元件的容纳空间的限界壁上。由于老化或尺寸变化，例如由于磨损，密封元件相对于贴靠面的弹性预紧减小，这最终导致密封作用减小。通过与密封元件相配的传感器可以检测由弹性变形产生的反作用力。一旦密封元件的通过传感器检测到的压紧压力低于阈值，就可以用信号提示必需更换密封元件。在此，阈值可以被
设定为使得在密封装置中仍未出现值得一提的泄漏。
9.密封元件的密封材料，大多是弹性体，基本上是不可压缩的并且因此在变形时表现得如液体那样。在一个区域中的变形或压缩引起材料的排挤。在密封元件的接触部位处，例如在槽中，由此提高密封元件到槽壁上的压紧压力。因此，正确安装的密封元件将预定的压紧力施加到机器元件的邻接的壁上。由于磨损，压紧力逐渐减小。由于上述行为，在此，压紧力不仅在彼此对置的壁上减小，而且在所有邻接的壁上减小。就此而言，传感器也可以在密封元件的多个区域中确定不具有直接密封功能的密封元件的磨损。传感器也可以检测逐渐的变化并且因此能够实现对密封装置的连续监控。
10.由通过传感器检测到的压力可以确定由密封元件施加到第二机器元件上的压紧压力。根据密封装置的设计方案，密封元件对第二机器元件的压紧压力与由传感器检测到的压力成正比例。替代地，可以想到通过模拟等建立关系，从而即使在容纳空间和/或密封元件的复杂的设计方案中也可以推断出密封元件对第二机器元件的压紧压力。在此，传感器可以构造为压力传感器或力传感器。
11.第二区段优选形成背离待密封的介质的功能区段。例如，第二区段可以形成支撑区段。
12.与第一区段相反，第二区段不具有密封功能。根据本发明与第二区段相配的传感器在此与密封元件的没有密封功能的区域相配。由此，密封元件的密封区域可以具有单独与密封功能最佳匹配的密封材料。此外，传感器不受直接磨损，并且可以针对传感器功能优化。此外，传感器不一定与待密封的介质接触，从而在选择传感器时介质耐抗性是次要的。
13.在第一机器元件中可以设置有用于容纳密封元件的容纳空间。在具有圆柱形孔的机器元件的情况下，容纳空间可以构造成环绕的槽的形式，所述环绕的槽被引入到圆柱形孔的壁中。
14.传感器优选如此放置，使得其不与待密封的介质接触。为此，传感器可以优选地设置在容纳空间中，使得密封元件位于待密封的介质和传感器之间。在该设计方案中尤其有利的是，传感器不经受直接的磨损，并且传感器也不必满足在耐介质性方面的要求或者不必满足在食品应用的情况下食品适宜性方面的要求。此外，传感器优选地设置在密封元件的没有密封功能的区段中。
15.优选地，传感器具有机电的作用原理。这种传感器例如是压阻式传感器、压电式传感器或应变片。这种传感器简单并且鲁棒。要检测的压力可以通过简单的手段来检测。此外，密封装置的连续监控是可能的。原则上也可以想到的是，传感器具有光机械的作用原理。
16.传感器可以构造成多件式的并且包括至少一个弹簧元件以及至少一个传感器元件。在此，弹簧元件形成传递元件，所述传递元件将由密封元件施加的压紧压力传递到弹簧元件上并且最后通过传感器元件检测。根据传感器的设计方案，弹簧元件也可以形成转换器，该转换器例如将作用在弹簧元件上的压力改变为长度变化，该长度变化又通过传感器检测。密封状态的检测在此间接地通过弹簧元件进行。在该设计方案中也可行的是，传感器元件设置成与密封元件间隔开。
17.容纳空间可以构造为槽，其中，传感器优选与槽的槽底相配。在该设计方案中，所述密封元件设置在所述传感器和待密封的空间之间，使得所述密封元件封装所述传感器。
由此保护传感器免受外部影响。
18.在第一机器元件中可以设置有与传感器相配的通道。根据第一设计方案，通道容纳用于将传感器连接到评估单元上的信号导线。这能实现传感器的特别简单的连接，尤其不需要给传感器供应辅助能量。根据另一设计方案，通道至少部分地容纳传感器。当传感器具有较大的尺寸时，这便是特别有利的。
19.传感器可以至少部分地嵌入到密封元件中。在该设计方案中，不需要单独地安装传感器。此外，通过密封元件保护传感器免受外部影响。
20.根据一种有利的设计方案，传感器可以由密封元件的材料构成。在此，根据第一设计方案的材料可以构造为压电材料。为此，可以将压电填料引入到密封元件的密封材料中，所述压电填料赋予密封元件压电特性。替代地，密封元件的材料可以具有电阻，该电阻根据机械应力而变化。该特性同样可以通过选择合适的填料来实现。
21.传感器可以固定在密封元件上。由此确保传感器相对于密封元件位置正确地设置。传感器的固定优选通过粘接、焊接或硫化以材料锁合的方式进行。
22.密封装置可以是杆密封件和/或阀座密封件。根据本发明的密封装置在食品应用方面是特别有利的。在食品应用中，经常需要对密封装置进行持续监控，以防止食品污染。密封元件在此例如可以是o形环，四边形环等。密封装置同样可以是静态密封件。
23.根据本发明的用于密封装置的密封元件包括由密封材料制成的密封体和至少一个传感器。在此，传感器可以根据第一设计方案固定在密封元件上，或者根据第二设计方案至少部分地嵌入到密封元件中。
附图说明
24.在下文中借助于附图更详细地阐述根据本发明的装置的一些设计方案。这些附图分别示意性地示出：
25.图1示出在槽底区域中具有传感器的密封装置；
26.图2示出具有容纳在通道中的传感器的密封装置；
27.图3示出具有嵌入到密封元件中的传感器的密封装置；
28.图4示出具有多件式传感器的密封装置；
29.图5示出具有机电式传感器的密封装置，所述机电式传感器由密封元件的材料构成。
具体实施方式
30.附图示出一种密封装置1，所述密封装置具有限定间隙4的第一机器元件2和第二机器元件3。在本设计方案中，第一机器元件2是壳体，而第二机器元件3是相对于第一机器元件2平移运动的杆。
31.在一种替代的设计方案中，密封装置1设置在阀座筛分部中。在此，第一机器元件2是壳体，而第二机器元件3是阀杆。
32.在间隙4中设置有密封元件5。在此，密封元件5将待密封的空间相对于周围环境分开。在待密封的空间中存在待密封的介质，例如润滑油。原则上也可以想到具有第一机器元件2、第二机器元件3和密封元件5的替代设计方案的密封装置的其他设计方案。
33.为了容纳密封元件5，在第一机器元件2中引入容纳空间6。容纳空间6当前构造为槽并且具有两个槽壁以及一个槽底。容纳空间6构造成环形的。密封元件5置入到容纳空间6中并且在弹性预紧的情况下密封地贴靠在第二机器元件3上。在一种替选地设计的密封装置1中，密封元件5直接设置在间隙4中。
34.密封元件5当前是矩形构造的密封件。替代地，密封元件5可以构造为o形环或四边形环。密封元件5由弹性体密封材料、例如硅橡胶或氟橡胶构成。
35.为密封元件5配设有一传感器7，所述传感器检测密封元件的压紧。在装配之后，密封元件5具有弹性预紧地密封地贴靠在第二机器元件3上。由此，密封元件5被压入到容纳空间6中并且将力施加到传感器7上。随着磨损的增加，密封元件5对待密封的第二机器元件3的压紧减小，其中，由密封元件5施加到传感器7上的力同样减小。由此可以通过传感器7连续地确定密封元件5的压紧并且进而确定密封元件5的磨损。如果密封元件5对传感器7的压紧低于预定的值，则可以用信号提示必需更换密封元件5。
36.传感器7具有机电的作用原理，使得压力可以通过简单的手段来检测并且电子地传递给评估单元。
37.密封元件5具有面向第二机器元件3的第一区段13和背离第二机器元件3的第二区段14。传感器7与第二区段14相配并且因此与第二机器元件3间隔开。
38.在本设计方案中，第一区段13构造为密封区段，而第二区段14构造为支撑区段。
39.图1示出密封装置1的第一设计方案。在本设计方案中，传感器7固定在密封元件5上。传感器7在装配之后位于容纳空间6中密封元件5和容纳空间6的槽底之间。
40.一通道10通入容纳空间中，所述通道容纳用于将传感器7连接到评估单元上的信号导线。
41.当前，传感器7固定在密封元件5上。替选地，传感器5可置入到容纳空间6中并且仅通过密封元件5的压紧来保持。在另一个替代的设计方案中，传感器7可借助螺纹连接而固定在容纳空间6中。
42.传感器7可以构造为应变片，所述应变片设置在密封元件5的与容纳空间6的槽底相配的一侧上。根据一种替代的设计方案，传感器7可以构造为压阻式传感器。
43.图2示出了在图1中描述的密封装置1的一种进一步改进方案。在本设计方案中，通道除了信号导线之外也容纳传感器7。在通道到容纳空间6中的通口处，传感器7贴靠在密封元件5上。
44.在根据图3的设计方案中，传感器7嵌入到密封元件5中。为了制造，将传感器7放置在模具中并且利用密封材料注塑包封。在该设计方案中，传感器7封装在密封元件5之内。一通道10通入容纳空间6中，所述通道容纳用于将传感器7与评估单元连接的信号导线11。
45.图4示出一种密封装置1，在该密封装置中，在密封元件5上在朝向容纳空间6的槽底的一侧上配设有弹簧元件8。弹簧元件8构造成类似于碟形弹簧。在弹簧元件8的背离密封元件5的一侧上设置有传感器元件9。弹簧元件8和传感器元件9在该设计方案中形成压力传感器形式的传感器7。传感器元件9检测弹簧元件8的由密封元件5的压紧引起的变形。一通道10通入容纳空间6中，所述通道容纳用于将传感器7连接到评估单元上的信号导线11。
46.图5示出一种密封装置1，在该密封装置中传感器7由密封元件5的材料、即由密封材料构成。为此，在该材料中引入填料，所述填料赋予材料机电特性。在此，填料可以这样引
入到材料中，使得机电特性仅局部构成，例如在面向容纳腔6的槽底的一侧上。
47.根据一种有利的设计方案，密封元件5的背离第二机器元件3的一侧构造为压电式压力传感器，使得传感器7材料统一地并且一体地由密封元件5构造。