DE102012220987A1 - Seal arrangement for sealing oil space of machine assembly, has seal holding sealing lip at contact surface relative to seal carrier and made from electro-active polymer, and voltage source connected with seal through electric line - Google Patents
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- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
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- F16J15/44—Free-space packings
- F16J15/447—Labyrinth packings
- F16J15/4472—Labyrinth packings with axial path
- F16J15/4474—Pre-assembled packings
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Dichtungsanordnung zur Abdichtung eines Raums einer Maschinenanordnung gegenüber einem zweiten Raum, insbesondere der Umgebung, umfassend mindestens einen Dichtungsträger, der eine aus einem elastischen Material bestehende Dichtung so hält, dass die Dichtung mit mindestens einer Dichtlippe einer Anlauffläche eines sich relativ zum Dichtungsträger bewegenden Maschinenteils gegenüberliegt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Dichtungsanordnung.The invention relates to a sealing arrangement for sealing a space of a machine arrangement with respect to a second space, in particular the environment, comprising at least one seal carrier holding a seal made of an elastic material so that the seal with at least one sealing lip of a contact surface of a relative to the seal carrier opposite moving machine part. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a sealing arrangement.
Zur Abdichtung von Maschinenanordnungen diverser Art werden Dichtungen benötigt und eingesetzt. Diese werden in verschiedene Arten eingeteilt. Eine Art der Unterteilung ist die nach dem Wirkprinzip in dynamische und in statische Dichtungen. Bei dynamischen Dichtungen ist eine Relativbewegung zwischen einer Dichtkante (Dichtlippe) und einer Gegenlauffläche vorhanden. Bei statischen Dichtungen findet diese Bewegung nicht statt. For sealing of machine arrangements of various types seals are needed and used. These are divided into different types. One type of subdivision is the active principle in dynamic and static seals. For dynamic seals, there is a relative movement between a sealing edge (sealing lip) and a mating surface. For static seals this movement does not take place.
Dynamische Dichtungen werden weiterhin in berührende und in nicht berührende Dichtungen unterteilt. Berührende Dichtungen sind beispielsweise Radialwellendichtringe; berührungslose Dichtungen sind beispielsweise Spalt- oder Labyrinthdichtungen. Dynamic seals are further divided into contacting and non-contacting seals. Contact seals are, for example, radial shaft seals; Non-contact seals are, for example, gap or labyrinth seals.
Berührende Dichtungen sind in der Lage, Bauteile sowohl unter dynamischen als auch unter statischen Bedingungen abzudichten. Allerdings sind Kompromisse einerseits hinsichtlich der auftretenden Reibung der Dichtlippe an der Gegenlauffläche bei einer Relativbewegung und andererseits bezüglich der erzielbaren Dichtwirkung einzugehen. Berührende Dichtungen sind daher unabhängig von ihrer Bauform nur bis zu einer gewissen maximalen Relativgeschwindigkeit zwischen Dichtlippe und Gegenlauffläche einsetzbar. Contact seals are able to seal components under both dynamic and static conditions. However, compromises must be made, on the one hand, with regard to the occurring friction of the sealing lip on the mating surface in a relative movement and on the other hand with respect to the achievable sealing effect. Therefore, regardless of their design, contacting seals can only be used up to a certain maximum relative speed between the sealing lip and the mating surface.
Berührungslose Dichtungen erzielen Ihre Dichtwirkung im Wesentlichen aufgrund dynamischer Effekte, indem unter anderem Fliehkräfte ausgenutzt werden, um Medium aus dem Dichtspalt zu entfernen. Unterschreitet die Relativgeschwindigkeit einen bestimmten Grenzwert, geht die Dichtwirkung verloren und Leckagen entstehen.Non-contact seals achieve their sealing effect mainly due to dynamic effects, among other things, centrifugal forces are exploited to remove medium from the sealing gap. If the relative velocity falls below a certain limit, the sealing effect is lost and leaks occur.
Zwar ist es auch bekannt, beide Konzepte, also berührende und berührungslose Dichtungen, zu kombinieren, wobei der berührende Kontakt zwischen Dichtlippe und Gegenlauffläche unter Nutzung von Fliehkräften aufgehoben werden soll. Allerdings ist dieser Effekt nicht aktiv beeinflussbar, so dass die Dichtung nicht immer im optimalen Bereich arbeitet. Although it is also known to combine both concepts, that is to say contacting and contactless seals, wherein the contacting contact between the sealing lip and mating surface should be canceled by using centrifugal forces. However, this effect is not actively influenced, so that the seal does not always work in the optimum range.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Dichtungsanordnung so weiterzubilden, dass eine bessere Beeinflussung der Dichtwirkung in Abhängigkeit der Relativgeschwindigkeit zwischen Dichtlippe und Gegenlauffläche möglich wird. Dadurch soll erreicht werden, dass die Dichtungsanordnung für einen großen Drehzahlbereich tauglich ist.The invention has the object of developing a generic seal assembly so that a better influence on the sealing effect in dependence on the relative speed between the sealing lip and mating surface is possible. This is intended to ensure that the sealing arrangement is suitable for a wide speed range.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material der Dichtung ein elektroaktives Polymer ist oder ein solches Material aufweist, wobei das elektroaktive Polymer über eine elektrische Leitung mit einer Spannungsquelle in Verbindung steht.The solution of this object by the invention is characterized in that the elastic material of the seal is an electroactive polymer or comprises such a material, wherein the electroactive polymer is connected via an electrical line to a voltage source.
Das elektroaktive Polymer ist dabei bevorzugt ein dielektrisches Elastomer, besonders bevorzugt ein dielektrisches Silikon.The electroactive polymer is preferably a dielectric elastomer, more preferably a dielectric silicone.
Die Dichtung ist bevorzugt so angeordnet und ausgebildet, dass die Dichtlippe ohne Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung mit einer definierten Vorspannung an der Anlauffläche anliegt. Demgemäß ist in diesem Falle Berührung zwischen Dichtlippe und Gegenlauffläche gegeben. The seal is preferably arranged and designed so that the sealing lip bears against the contact surface without being subjected to an electrical voltage with a defined pretension. Accordingly, contact between the sealing lip and mating surface is given in this case.
Indes ist des Weiteren bevorzugt vorgesehen, dass die Dichtung so angeordnet und ausgebildet ist, dass die Dichtlippe bei ausreichender Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung vollständig von der Anlauffläche abhebt und zu dieser einen Spalt bildet. Dann liegt also eine berührungslose Dichtung vor.However, it is furthermore preferably provided that the seal is arranged and designed so that the sealing lip completely lifts off from the contact surface upon sufficient application of an electrical voltage and forms a gap therewith. Then there is a non-contact seal.
Die Dichtungsanordnung weist vorzugsweise weiterhin eine Steuerung auf bzw. sie steht mit einer solchen in Verbindung, wobei diese zur Steuerung oder Regelung der am elektroaktiven Polymer anliegenden Spannung ausgebildet ist. The sealing arrangement preferably also has a control or is associated with such a control, wherein it is designed to control or regulate the voltage applied to the electroactive polymer.
Ferner kann die Dichtungsanordnung bzw. die Maschinenanordnung einen Drehzahlsensor umfassen, wobei der Drehzahlsensor mit der Steuerung in Verbindung steht.Furthermore, the seal arrangement or the machine arrangement may include a speed sensor, wherein the speed sensor is in communication with the controller.
Die Dichtungsanordnung grenzt bevorzugt an eine Lageranordnung an, so dass mit ihr ein Lager abgedichtet wird. The sealing arrangement preferably adjoins a bearing arrangement, so that a bearing is sealed with it.
Das vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben einer Dichtungsanordnung der oben beschriebenen Art zeichnet sich dadurch aus, dass die Drehzahl des sich relativ zum Dichtungsträger drehenden Maschinenteils gemessen wird und dass in Abhängigkeit der gemessenen Drehzahl das elektroaktive Polymer mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt wird, die sich aus einem vorgegebenen funktionalen Zusammenhang ergibt.The proposed method for operating a seal arrangement of the type described above is characterized in that the rotational speed of the machine part rotating relative to the seal carrier is measured and that, depending on the measured speed, the electroactive polymer is subjected to an electrical voltage resulting from a predetermined functional relationship results.
Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass die Beaufschlagung des elektroaktiven Polymers mit der elektrischen Spannung so erfolgt, dass ab einer vorgegebenen Grenzdrehzahl die Dichtlippe der Dichtung von der Anlauffläche abhebt.It is preferably provided that the application of the electroactive polymer with the electrical voltage is such that, starting from a predetermined limit speed, the sealing lip of the seal lifts from the contact surface.
Die Erfindung stellt also auf den Einsatz von elektroaktiven Elastomeren (z. B. in Form von dielektrischen Silikonen) ab, die sich unter einer angelegten Spannung aktiv verformen. The invention thus relies on the use of electroactive elastomers (eg in the form of dielectric silicones) which actively deform under an applied voltage.
Unter statischen Bedingungen, d. h. bei keiner oder nur geringer Relativgeschwindigkeit zwischen der Dichtlippe und der Gegenlauffläche, wird die Dichtlippe mit Vorspannung gegen die Gegenlauffläche gepresst und dadurch eine Leckage bzw. ein Eindringen von Verschmutzung verhindert. Under static conditions, d. H. with no or only a slight relative speed between the sealing lip and the mating surface, the sealing lip is pressed with bias against the mating surface, thereby preventing leakage or ingress of contamination.
Unter dynamischen Bedingungen, d. h. bei einer hinreichenden Relativgeschwindigkeit zwischen der Dichtlippe und der Gegenlauffläche, wird in Abhängigkeit der Relativgeschwindigkeit der Anpressdruck der Dichtlippe an der Gegenlauffläche angepasst, d. h. verringert; bei Erreichen einer vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenze wird die Dichtlippe komplett von der Gegenlauffläche abgehoben.Under dynamic conditions, d. H. at a sufficient relative speed between the sealing lip and the mating surface, the contact pressure of the sealing lip is adapted to the mating surface depending on the relative speed, d. H. reduced; when a predetermined speed limit is reached, the sealing lip is completely lifted off the mating surface.
Dielektrische Elastomere sind adaptive Materialsysteme, die relativ hohe Dehnungen erzeugen können. Sie gehören zur Gruppe der elektroaktiven Polymere. Basierend auf ihrem einfachen Funktionsprinzip wandeln dielektrische Elastomer-Aktoren elektrische Energie direkt in mechanische Arbeit um. Als Elastomer-Materialien werden zumeist Silikone oder Acryle verwendet. Durch Steuerung der Spannung, mit der das elektroaktive Elastomer beaufschlagt wird, kann somit dessen Form beeinflusst werden, was vorliegend in der erläuterten Weise genutzt wird. Dielectric elastomers are adaptive material systems that can produce relatively high strains. They belong to the group of electroactive polymers. Based on their simple operating principle, dielectric elastomer actuators convert electrical energy directly into mechanical work. As elastomer materials mostly silicones or acrylics are used. By controlling the voltage applied to the electroactive elastomer, its shape can thus be influenced, which in the present case is used in the manner explained.
Demgemäß wird eine aktive Dichtung geschaffen, die für einen großen Drehzahlbereich tauglich ist. Accordingly, an active seal is provided which is suitable for a wide speed range.
In vorteilhafter Weise ergibt sich so eine optimale Dichtwirkung bei jeder Relativgeschwindigkeit zwischen Dichtlippe und Gegenlauffläche. Dies vermindert bzw. minimiert die Verlustreibung.Advantageously, this results in an optimum sealing effect at each relative speed between the sealing lip and mating surface. This reduces or minimizes the loss friction.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass sich eine längere Lebensdauer der Dichtungsanordnung ergibt, da der Verschleiß der Dichtlippe verringert werden kann. A further advantage is that results in a longer life of the seal assembly, since the wear of the sealing lip can be reduced.
Im Falle von auftretendem Verschleiß kann durch die aktive Verformung (d. h. Aufgabe einer entsprechenden Spannung auf das elektroaktive Polymer) eine Nachstellung erfolgen, so dass Verschleiß der Dichtlippe ausgeglichen werden kann.In the case of wear occurring can be done by the active deformation (that is, the task of a corresponding voltage to the electroactive polymer) an adjustment, so that wear of the sealing lip can be compensated.
Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung sind Werkzeugmaschinenspindeln, Pumpen, Kompressoren und Lüfter.Application examples of the solution according to the invention are machine tool spindles, pumps, compressors and fans.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing, an embodiment of the invention is shown. Show it:
In
Zur Herstellung der Dichtungsfunktion ist eine Dichtungsanordnung
Wesentlich ist, dass die Dichtung
Eine Steuerung
Im Ausführungsbeispiel erfolgt dies dergestalt, dass mittels eines Drehzahlsensors
In der Steuerung
Danach ergibt sich, dass im Ruhezustand, d. h. bei n = 0, keine Spannung U anliegt. Demgemäß wird die Dichtung
Steigt die Drehzahl n an, steigt (im Ausführungsbeispiel: linear) die Spannung U an, demgemäß zieht sich das elektroaktive Material der Dichtung
Bei einer Grenzdrehzahl nG ist die maximale Spannung Umax erreicht, mit der die Dichtung
Neben der erläuterten Dichtwirkung durch die Dichtung
Der stationäre Dichtungsträger
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Dichtungsanordnung sealing arrangement
- 22
- Maschinenanordnung engine assembly
- 33
- Dichtungsträger seal carrier
- 44
- Dichtung poetry
- 55
- Dichtlippe sealing lip
- 66
- Anlauffläche approach surface
- 77
- Maschinenteil (Welle) Machine part (shaft)
- 88th
- elektrische Leitung electrical line
- 99
- Spannungsquelle voltage source
- 1010
- Steuerung control
- 1111
- Drehzahlsensor Speed sensor
- 1212
- Lageranordnung bearing arrangement
- 1313
- Ring ring
- 1414
- Vorsprung head Start
- 1515
- Dichtungslabyrinth labyrinth seal
- 1616
- Gehäuse casing
- 1717
- O-Ring O-ring
- 1818
- Ringnut ring groove
- 1919
- O-Ring O-ring
- nn
- Drehzahl rotation speed
- nG n G
- Grenzdrehzahl Limit speed
- UU
- Spannung tension
- Umax U max
- maximale Spannung maximum voltage
- AA
- Raum einer Maschinenanordnung (abgedichteter Raum) Room of a machine arrangement (sealed room)
- BB
- zweiter Raum (Umgebung) second room (environment)
Claims (10)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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ID=50625552
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DE201210220987 Ceased DE102012220987A1 (en) | 2012-11-16 | 2012-11-16 | Seal arrangement for sealing oil space of machine assembly, has seal holding sealing lip at contact surface relative to seal carrier and made from electro-active polymer, and voltage source connected with seal through electric line |
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DE (1) | DE102012220987A1 (en) |
Cited By (1)
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Effective date: 20140701 |