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Die Erfindung bezieht sich auf ein Dichtsystem mit einem Dichtelement zur Anordnung zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil.
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Aus
DE 10 2011 076 127 A1 ist eine motorisierte Flüssigkeitsspeichervorrichtung bekannt, die, wie in
1 gezeigt, ein Gehäuse
2, einen Kolben
3, eine Spindel
4, eine Druckfeder
5 sowie einen Antriebsmotor
6 aufweist. Das Gehäuse
2 umfasst einen Gehäuseoberteil
21 und einen Gehäuseunterteil
22, wobei der Gehäuseoberteil
21 im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet ist und der Gehäuseunterteil
22 im Wesentlichen als Deckel ausgebildet ist. Ferner weist der Gehäuseoberteil
21 einen Druckanschluss
24 auf, durch den in beide Richtungen eine Flüssigkeit hindurchtreten kann. Der Kolben
3 ist innerhalb des Gehäuses
2 aufgenommen und ist ebenfalls im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet. Der Kolben
3 weist ein dem Druckanschluss
24 zugewandtes geschlossenes erstes Ende
31 und ein dem Antriebsmotor
6 zugewandtes offenes zweites Ende
32 auf. Im Bereich des zweiten Endes
32 weist der Kolben
3 einen Kolbenanschlag
33 auf, der derart mit einer Ausnehmung
26 im Gehäuse
2 zusammenwirkt, dass der Kolben
3 in dem Gehäuse
2 eine axiale Hubbewegung entlang einer Achse A ausführen kann, rotatorisch jedoch blockiert ist. Diese Funktion ist vorliegend durch die Ausnehmung
26 bzw. Nut im Gehäuseoberteil
21 sowie den in der Nut geführten Kolbenanschlag
33 realisiert.
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Ferner ist an einer Innenseite des Gehäuseoberteils 21 ein Absatz 25 vorgesehen, der einen Anschlag für eine gehäusefeste Kolbendichtung 7 bildet, die mit dem Kolben 3 zusammenwirkt. Auf diese Weise ist ein Raum 23 zur Aufnahme der Flüssigkeit in dem dem Druckanschluss 24 zugewandten Teil des Gehäuseinneren gebildet. Ferner weist der Kolben 3 im Bereich des zweiten Endes 32 ein Innengewinde 34 auf, das mit einem Außengewinde 41 der Spindel 4 zusammenwirkt. Die Spindel 4 ist bzgl. der Achse A rotierbar im Gehäuse 2 vorgesehen und erstreckt sich durch eine Bohrung 221 im Gehäuseunterteil 22 in Richtung des Antriebsmotors 6 bzw. der entsprechenden (nicht gezeigten) Getriebestufen, ihrer Lagerung, etc. Um die Spindel 4 herum ist zwischen dem zweiten Ende 32 des Kolbens 3 und der diesem Ende zugewandten Seite des Gehäuseunterteils 22 eine als Spiralfeder ausgebildete Druckfeder 5 zur Energiespeicherung vorgesehen.
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Im Betrieb treibt der Antriebsmotor 6 die Spindel 4 an, wodurch sich der Kolben 3 je nach Drehrichtung des Antriebsmotors 6 mittels der Gewindeverbindung zwischen dem Außengewinde 41 der Spindel 4 und dem Innengewinde 34 des Kolbens 3 axial nach oben oder unten bzw. zum Druckanschluss 24 hin und vom Druckanschluss 24 weg bewegen kann. Die Translationsbewegung des Kolbens 3 ist durch die beiden Pfeile in entgegengesetzter axialer Richtung in 1 angedeutet. Der Kolbenantrieb wird vorliegend also durch die Spindel 4 und den als Spindelmutter funktionierenden Kolben 3 gebildet. Auf diese Weise wird die in dem Raum 23 aufgenommene Flüssigkeit aus dem Raum 23 hinausgedrückt bzw. Flüssigkeit in den Raum 23 hineingesaugt. Auf diese Art kann an anderer Stelle im Hydrauliksystem ein spezifischer Druck aufgebaut oder abgebaut oder konstant gehalten werden (nicht gezeigt).
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Neben einem aktiven Verdrängen und Einsaugen ist selbstverständlich auch ein reaktives Aufnehmen und Abgeben möglich, bspw. um die Einstellung eines spezifischen Drucks in einem angrenzenden System zu ermöglichen oder zu unterstützen. Beispielsweise kann bei einer Fluidbewegung aus einem spezifischen Teil des Hydrauliksystems (bspw. durch Betätigung eines Bremspedals) und bei gleichzeitig geschlossenen Durchgang zu einem anderen spezifischen Teil des Hydrauliksystem (bspw. mittels eines Ventils bei automatischer Bremsenaktivität) das entsprechend im System verdrängte Fluid aufgenommen und zwischengespeichert werden. Hierbei kann auch ein höherer Druck oder ein niedrigerer Druck als bisher im System vorliegend erzeugt werden, bzw. der vorliegende Druck im System konstant gehalten werden.
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In Systemen, die mit gasförmigen oder flüssigen Betriebsmedien arbeiten, werden meist berührende Dichtungen eingesetzt, um Leckage nach außen zu verhindern und Räume mit verschiedenen Druckniveaus voneinander zu trennen. Insbesondere dynamische Dichtungen werden z.B. bei Relativbewegungen (translatorisch bzw. rotatorisch sowie translatorisch und rotatorisch) von Kolben in einer Führung mit sich ändernden Bedingungen (z.B. Druckänderungen, Änderung der Bewegungsrichtung) verwendet. Aber auch statische Dichtungen ohne Relativbewegungen sind aufgrund von Veränderungen des Drucks und der Temperatur unterschiedlichen Betriebsbedingungen ausgesetzt, in denen sie trotzdem die geforderte Dichtheit gewährleisten sollen.
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Bisher wird diesen Veränderungen durch eine möglichst flexible Dichtungsauslegung, z.B. durch Verwendung von elastischen Werkstoffen (z.B. Elastomere) oder eine entsprechende geometrische Gestaltung begegnet (z.B. als Nutring mit druckunterstützter, höherer Anpresskraft oder durch eine je nach Bewegungsrichtung an die gewünschte Leckage angepasste, asymmetrische Dichtlippengestaltung). Das Dichtelement ist jedoch passiv, d.h. ist selbst unveränderlich in Form, Dichtkraft etc., und nur aufgrund geänderter äußerer Bedingungen veränderlich (Verformung aufgrund Dichtkraft, Bewegung, Temperatur etc.). Deshalb stellt das Dichtelement immer einen Kompromiss zwischen akzeptabler, jedoch nicht optimaler Funktion und der Anpassung an die vielen veränderlichen Parameter dar.
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Aus
DE 10 2011 005 308 A1 ist ferner ein Wellendichtsystem zur Anordnung zwischen einer Welle und einem Gehäuse bekannt, mit einem bzgl. des Gehäuses ortsfesten Statorabschnitt, einem bzgl. der Welle drehfesten Rotorabschnitt und einem elastischen Dichtring, der eine elastische Dichtlippe aufweist und der in einem Spalt zwischen dem Statorabschnitt und dem Rotorabschnitt angeordnet ist. Die Dichtlippe liegt bei einem Stillstand der Welle am gegenüberliegenden Gegenabschnitt an und ist bei einer Rotation der Welle zur Erreichung einer Berührungsfreiheit relativ zu diesem gegenüberliegenden Gegenabschnitt beabstandet. Das Wellendichtsystem weist ferner mindestens einen aktiven Aktor auf, der derart ausgebildet und angeordnet ist, dass durch eine Beaufschlagung des Aktors mit Strom oder einem Steuerfluid die Dichtlippe gegenüber dem Gegenabschnitt verlagert wird.
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Nachteilig an den oben genannten Dichtsystemen und insbesondere des oben genannten Wellendichtsystems mit dem aktiven Aktor ist, dass hierfür eine externe Stromversorgung und eine entsprechende aufwendig gestaltete Verkabelung erforderlich sind. Weiterhin ist in einem derartigen Systemen häufig eine Energieübertragung zwischen zwei relativ zueinander in Bewegung befindlichen Komponenten schwierig, bzw. nicht möglich.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Dichtsystem bereitzustellen, bei dem die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß umfasst ein erfindungsgemäßes Dichtsystem ein Dichtelement zum Anordnen zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil, wobei das Dichtelement ein Expansions- und/oder Kontraktionselement aufweist. Das Expansions- und/oder Kontraktionselement dient dabei als ein Aktor. Das Dichtsystem weist ferner ein Stromerzeugungselement zur Versorgung des Aktors mit elektrischem Strom auf.
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Vorteilhafterweise wird eine Dichtkraft des Dichtelements mittels des Aktors beeinflusst. Hierbei kann sowohl die Dichtkraft erhöht, als auch erniedrigt werden. Eine Beeinflussung erfolgt dabei vorteilhaft in Abhängigkeit von einer spezifischen Regelsituation. Eine Regelsituation kann dabei bspw. durch die Bewegung der Komponenten des Dichtsystems zueinander oder aufgrund spezifischer Bedingung, bspw. Temperatur im Dichtsystem, gebildet sein. Die Beeinflussung der Dichtkraft kann dabei in Reaktion und/oder in Antizipation einer derartigen Regelsituation erfolgen. Das Dichtelement kann auf diese Weise individuell an die aktuell bestehende Situation bezüglich z.B. Druckniveau, Temperatur und/oder Bewegungsrichtung optimal angepasst werden. Insbesondere kann auch die Rückförderung über unterschiedlich einstellbare Dichtungswinkel bei einer Hin- bzw. Her-Bewegung eines Kolbens über einen größeren Parameterbereich als im Stand der Technik gewährleistet werden. Hieraus ergeben sich verbesserte Eigenschaften bei der Dichtigkeit, dem Verschleiß, der Reibung, etc. Die Beeinflussung der Dichtkraft des Dichtelements erfolgt vorteilhaft durch eine Beeinflussung der Form des Dichtelements. Diese Formbeeinflussung wird vorteilhaft insbesondere mittels des Aktors ausgebildet.
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Vorteilhafterweise wird der Aktor aus einem elektroaktives Material aufgebaut. Insbesondere eignen sich hierfür elektroaktive Polymer. Elektroaktive Polymere (EAP) sind Polymere, die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung ihre Form ändern, also elektrische Energie in mechanische Arbeit umwandeln. Dielektrische elektroaktive Polymere (DEAP) – auch dielektrische Elastomere genannt – die zur Gruppe der EAP zählen, sind adaptive Materialsysteme, welche hohe Dehnungen erzeugen können. Dielektrische elektroaktive Polymere weisen mehrere Elektroden mit dazwischenliegenden Elastomeren auf. Beim Anlegen einer Spannung ziehen die Elektroden sich gegenseitig an und verdrängen dadurch teilweise die Elastomere dazwischen. Hierdurch ergibt sich wiederum eine Flächendehnung des DEAP-Elements. Dielektrische Elastomere sind zudem leicht und haben eine hohe elastische Energiedichte.
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Gemäß der Erfindung wird ein Aktor verwendet, um statische und dynamische Dichtelemente als aktive Bauteile an sich veränderte Betriebsbedingungen anpassen zu können. "Aktiv" bedeutet, dass eine bewusste und gesteuerte bzw. geregelte Veränderung von Bauteileigenschaften wie Geometrie, wirkende Anlage- und Dichtkräfte, etc. durch Eingangssignale, z.B. elektr. Strom oder elektrische Spannung, die an den Aktor als Bestandteil des Dichtelements angelegt werden, herbeigeführt wird.
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Vorzugsweise ist der Aktor in das Dichtelement integriert. Hierdurch kann in optimierter Weise eine Beeinflussung der Form des Dichtelements erfolgen. Alternativ zu einer Integration in das Volumen des Dichtelements kann auch eine Integration mittels einer räumlichen Aneinanderlegung erfolgen. Hierbei wird der Aktor vorteilhafterweise von dem Dichtelement umgriffen. In einer alternativen Ausführung kann auch das Dichtelement, insbesondere bereichsweise, den Aktor umgreifen.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Stromerzeugungselement ausgestaltet ist als Element zur Wandlung einer, insbesondere örtlich, im oder am Dichtsystem vorhandenen oder auftretenden Energie in eine elektrische Energie („Ernte-Element“). In einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Stromerzeugungselement ausgestaltet ist als ein Element zum Empfang und/oder Aufnahme einer kontaktlosen, insbesondere drahtlosen, Energieübertragung, wobei aus der empfangen und/oder aufgenommenen Energie eine elektrische Energie erzeugt wird („Induktions-Element“).
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Vorzugsweise erzeugt das Stromerzeugungselement als Ernte-Element piezoelektrisch, thermoelektrisch, pyroelektrisch oder mittels eines, insbesondere weiteren oder auch desselben, elektroaktiven Polymer Strom. Die Energie zum Verstellen des Dichtelements wird dabei also nicht durch eine konventionelle äußere Energiequelle bereitgestellt, sondern durch "Energy Harvesting" erzeugt, also durch Umwandlung von in der unmittelbaren Umgebung befindlicher Energie, z.B. Druckenergie, Bewegungsenergie, Wärmeenergie (z.B. aus Reibung oder aus den Betriebsmedien) in elektrische Energie.
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Das Dichtsystem kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung zwei Bereiche mit unterschiedlichen Drücken aufweisen, welche durch das Dichtelement getrennt sind, wobei das Stromerzeugungselement, insbesondere als drucksensitives Ernte-Element, in dem Bereich des Dichtsystems angeordnet ist, in welchem ein höherer Druck vorliegt. Vorzugsweise ist das Ernte-Element also hochdruckseitig angeordnet, um so eine optimale Energieausbeute zu gewährleisten. Die insbesondere durch die Aufnahme des Ernte-Elements im Hochdurckbereich hervorgerufene Volumenaufnahme des hydraulischen Systems ist vernachlässigbar klein, so dass diese nicht zu einer wesentlichen Veränderung der Steifigkeit des Systems führt.
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Alternativ kann das Stromerzeugungselement auch ausgebildet sein, um eine kontaktlose, das heißt kabellose, Energieübertragung zu ermöglichen. Die Energieübertragung kann hierbei durch verschiedene Technologien erfolgen. Insbesondere kann eine Übertragung vorteilhafterweise mittels einer induktiven Energieübertragung erfolgen. In einer vorteilhaften alternativen Ausführung kann eine elektromagnetische Energieübertragung oder auch eine Energieübertragung bspw. mittels Laser erfolgen. Die Energiebereitstellung erfolgt also berührungslos. Die bereitgestellte Energie wird dabei von dem Stromerzeugungselement empfangen und in elektrische Energie gewandelt.
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Der große Vorteil von der kontaktlosen Energieübertragung bzw. von Energy Harvesting ist der entfallende Verkabelungsaufwand, um den Aktor mit elektrischer Energie zu versorgen. Das Aktor ist lediglich über eine relativ kurze Wegstrecke mit dem jeweiligen Stromerzeugungselement zu verbinden. Ferner muss keine äußere Energie eingebracht werden, sondern es wird die vorhandene Energie genutzt.
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Alternativ bildet der Aktor, bspw. ein DEAP-Element, selbst das Dichtelement. Der Aktor, bspw. das DEAP-Element, ist dabei kein Bestandteil des Elastomer-Dichtelements als Einlege- oder Umspritzteil, sondern bildet selbst den (elastischen) Dichtungsanteil inklusive Dichtlippengeometrie. Ein spezifischer weiterer Elastomer-Anteil (zur Ermöglichung der Dichtfunktion) und die entsprechende Verbindungstechnik zwischen dem DEAP und dem weiteren Elastomer-Anteil können dann entfallen.
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Vorzugsweise sind das erste Bauteil und das zweite relativ zueinander bewegbar, wobei insbesondere das erste Bauteil eine Welle bzw. ein Kolben und das zweite Bauteil ein Gehäuse ist. Hierbei ist die Welle, bzw. der Kolben vorteilhaft rotatorisch oder/und translatorisch relativ zum Gehäuse bewegbar.
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Vorzugsweise weist das Dichtsystem ein Stromzwischenspeicherelement auf. Dieses Speicherelement speichert den bspw. durch das Stromerzeugungselement, erzeugten Strom und kann diesen dem Aktor bei Bedarf zur Verfügung stellen.
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Hierdurch kann eine zeitliche Unabhängigkeit von der aktuell erzeugbaren Energie ermöglicht werden. Alternativ können größere Energiemengen gesammelt werden, um höhere Leistungsanforderungen des Aktors zu bedienen zu können. Als Speicherelemente dienen insbesondere Kondensatoren, aber auch Mikrobatterien oder bspw. weitere elektroaktive Polymer. Zur Steuerung des Aktors ist hierbei vorteilhaft eine Steuervorrichtung vorgesehen.
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In einer alternativen vorteilhaften Ausführung kann eine Steuerung des Aktors auch direkt über die mittels des Stromerzeugungselements erzeugte Energie erfolgen. Hierbei kann eine reaktive Steuerung, insbesondere bspw. bei einer direkten Weiterleitung der mittels des Ernte-Elementes erzeugten Energie an den Aktor, erfolgen. Weiterhin kann auch vorteilhafterweise eine aktive Steuerung, bspw. mittels einer Steuerung der zum Induktions-Elements übertragenen Energie und bspw. einer direkten Weiterleitung der übertragenen Energie an den Aktor, der Aktor vorteilhafterweise gesteuert werden. Alternativ kann auch eine Steuerung des Aktors mittels einer direkten Steuerung des Aktors oder einer direkten Steuerung des Energiezwischenspeichers erfolgen
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Erfindungsgemäß ist weiterhin ein Verfahren zum Steuern eines Dichtsystems mit einem Dichtelement vorgesehen, wobei das Dichtelement zwischen einem ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil angeordnet ist. Das Dichtelement weist hierbei ein Expansions- und/oder Kontraktionselement als Aktor aufweist. Weiterhin weist das Dichtsystem ein Stromerzeugungselement auf, wobei das Verfahren erfindungsgemäß vorsieht, dass das Stromerzeugungselement den Aktor mit elektrischem Strom versorgt. Dies kann direkt oder auch indirekt, bspw. mittels einer Energiezwischenspeicherung, erfolgen.
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Weiterhin ist eine Steuervorrichtung vorhanden, welche eingerichtet ist zum Steuern eines Dichtsystems oder wenigstens einer dessen Komponenten.
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren. Von den Figuren zeigt:
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1 eine schematische Schnittansicht einer bekannten mittels einem Motor angetriebenen Flüssigkeitsspeichervorrichtung mit einer Kolbendichtung;
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2 eine schematische Schnittansicht des Dichtsystems gemäß einer ersten Ausführungsform (obere Schnitthälfte) sowie einer zweiten Ausführungsform (untere Schnitthälfte) der Erfindung;
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3 eine schematische Schnittansicht des Dichtsystems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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4 eine schematische Schnittansicht des Dichtsystems gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
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5 eine schematische Schnittansicht des Dichtsystems gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
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6 eine schematische Schnittansicht des Dichtsystems gemäß einer sechsten Ausführungsform (obere Schnitthälfte) sowie einer siebten Ausführungsform (untere Schnitthälfte) der Erfindung;
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7 eine schematische Schnittansicht des Dichtsystems gemäß einer achten Ausführungsform (obere Schnitthälfte) sowie einer neunten Ausführungsform (untere Schnitthälfte) der Erfindung;
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8 eine schematische Schnittansicht des Dichtsystems gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung;
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9 eine schematische Schnittansicht des Dichtsystems gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung;
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10 eine vergrößerte Ansicht des Bereichs Z aus 2 bzw. 6.
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2 (oberer Schnitthälfte) zeigt ein erstes Bauteil 11‘, das als translatorisch bewegbarer (in 2 von links nach rechts bzw. von rechts nach links) Kolben mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist, sowie ein zweites Bauteil 12‘, das einen ersten Bauteilabschnitt 121‘ und einen zweiten Bauteilabschnitt 122‘ umfasst. Das zweite Bauteil 12‘ bildet bzgl. des ersten Bauteils 11‘ eine umgebende Gehäusestruktur und das erste Bauteil 11‘ ist innerhalb des zweiten Bauteils 12‘ translatorisch bewegbar. Der erste Bauteilabschnitt 121‘ weist eine Ausnehmung auf, in der ein Dichtelement 7‘ vorgesehen ist. In 2 bildet die linke Seite die Hochdruckseite und die rechte Seite die Niederdruckseite. Z. B. ist auf der Hochdruckseite ein unter Hochdruck stehendes Fluid vorgesehen, das trotz der Relativbewegung zwischen dem ersten Bauteil 11‘ und dem zweiten Bauteil 12‘ insbesondere durch das Dichtelement 7‘ daran gehindert wird, auf die Niederdruckseite zu gelangen. Das Dichtelement 7‘ ist in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt U-förmig ausgebildet, wobei sich die offene Seite des U in Richtung der Hochdruckseite erstreckt. Ferner ist hochdruckseitig direkt an dem Dichtelement 7‘ ein als Ernte-Element (nicht gezeigt) ausgebildetes Stromerzeugungselement vorgesehen, das sich in einem Ernte-Element-Bereich 8a‘ (gestrichelte Linie) befindet. Das Ernte-Element kann sich also auch „innerhalb des U“ befinden. Das Stromerzeugungselement kann hierbei (sowohl bei dem Ausführungsbeispiel von 1 sowie den nachfolgenden Figuren) nur einen bestimmten eingeschränkten Bereich des skizzierten Bereichs, bspw. des Ernte-Element-Bereichs 8a‘, einnehmen oder diesen Bereich vollständig ausfüllen. Dies ist bspw. vorteilhaft für eine Steigerung der erzeugbaren Strommenge.
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Bzgl. des Ernte-Elements wird ausgenutzt, dass in hydraulischen Systemen (z.B. Bremssysteme) im Betrieb mechanische Energie in Form von hydraulischem Druck vorhanden ist, der an sämtlichen einem Druckraum (der Hochdruckseite) zugewandten Flächen von (elastischen) Dichtungen anliegt. Diese mechanische Energie wird durch das Ernte-Element mittels piezoelektrischen, thermoelektrischen, pyroelektrischen oder einen DEAP-Effekt in elektrische Energie umgewandelt. Ferner ist an dem Dichtelement 7‘ ein DEAP-Element (nicht gezeigt) angeordnet oder in dieses integriert. Das Dichtelement 7‘ kann auch insgesamt durch das DEAP-Element gebildet sein. Die durch das Ernte-Element erzeugte Energie wird für Verformung des DEAP-Elements verwendet. Das Ernte-Element (das mittels DEAP-Effekt elektrische Energie erzeugt) und das DEAP-Element können auch durch dasselbe Element gebildet sein. Das Ernte-Element kann vorzugsweise hochdruckseitig knapp unter einer Oberfläche des Dichtelements 7‘ eingegossen sein oder auch auf der Oberfläche des Dichtelements 7‘ aufgeklebt, aufgeschweißt oder eingegossen sein (z.B. durch Zwei-Komponenten-Spritzgießen, Einlege-Spritzgießen). Alternativ bzw. zusätzlich kann das Ernte-Element niederdruckseitig angebracht werden.
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2 zeigt ferner in der unteren Schnitthälfte ein Dichtsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem ersten Bauteil 11‘ und einem zweiten Bauteil 12‘‘, das einen ersten Bauteilabschnitt 121‘‘ und einen zweiten Bauteilabschnitt 122‘‘ aufweist, die im Wesentlichen gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet sind. Der wesentliche Unterschied besteht in der Form des Dichtelements 7‘‘, das im Unterschied zur ersten Ausführungsform im Wesentlichen viereckig gebildet ist (z.B. als Quadring). Auch hier ist ein Ernte-Element (nicht gezeigt) vorgesehen, das sich hochdruckseitig an dem Dichtelement 7‘‘ in einem Ernte-Element-Bereich 8a‘‘ befindet bzw. zwischen dem zweiten Bauteilabschnitt 122‘‘ und dem Dichtelement 7‘‘ angeordnet ist. Wie bereits in der ersten Ausführungsform ist auch hier ein (nicht gezeigtes) DEAP-Element an bzw. in dem Dichtelement 7‘‘ vorgesehen oder das DEAP-Element als solches bildet das Dichtelement 7‘‘. Das Ernte-Element ist entsprechend mit dem DEAP-Element elektrisch verbindbar (nicht gezeigt).
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3 zeigt ein erstes Bauteil 11‘‘‘, das als translatorisch bewegbarer Kolben mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist, sowie ein zweites Bauteil 12‘‘‘, das einen ersten Bauteilabschnitt 121‘‘‘ und einen zweiten Bauteilabschnitt 122‘‘‘ umfasst. Das zweite Bauteil 12‘‘‘ bildet bzgl. des ersten Bauteils 11‘‘‘ eine umgebende Gehäusestruktur und das erste Bauteil 11‘‘‘ ist innerhalb des zweiten Bauteils 12‘‘‘ translatorisch bewegbar. Der erste Bauteilabschnitt 121‘‘‘ weist eine Ausnehmung auf, in der ein Dichtelement 7‘‘‘ vorgesehen ist. In 3 bildet die linke Seite die Hochdruckseite und die rechte Seite die Niederdruckseite. Das Dichtelement 7‘‘‘ ist in der dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Schnitt U-förmig ausgebildet, wobei sich die offene Seite des U in Richtung der Hochdruckseite erstreckt. Ferner ist hochdruckseitig direkt an dem Dichtelement 7‘‘‘ ein als Ernte-Element ausgebildetes Stromerzeugungselement 81‘‘‘ vorgesehen, das sich in einem Ernte-Element-Bereich 8a‘‘‘ befindet. Das als Ernte-Element ausgebildete Stromerzeugungselement 81‘‘‘ kann sich auch „innerhalb des U“ befinden. Ferner ist an einer Innenseite des Dichtelements 7‘‘‘ (Innenseite des U) ein DEAP-Element 9‘‘‘ angeordnet bzw. in dieses integriert. Das Dichtelement 7‘‘‘ kann auch insgesamt durch das DEAP-Element 9‘‘‘ gebildet sein. Ferner ist eine Steuervorrichtung 82 dargestellt, welche eingerichtet ist das Dichtsystem, insbesondere das DEAP-Element 9‘‘‘, zu steuern.
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4 zeigt einen Dichtring bzw. einen Quadring (Dichtelement 7‘‘‘‘), der zwischen einem ersten Bauteil 11‘‘‘‘ und einem zweiten Bauteil 12‘‘‘‘ bestehend aus einem niedrigdruckseitigen ersten Bauteilabschnitt 121‘‘‘‘ (rechts) und einem hochdruckseitigen zweiten Bauteilabschnitt 122‘‘‘‘ (links) gebildet ist. Das erste Bauteil 11‘‘‘‘ ist in dieser Ausführungsform als translatorisch bewegbarer Kolben oder als rotatorisch bewegbare Welle, oder als translatorisch und rotatorich bewegbares Element gebildet. Innerhalb des Dichtelements 7‘‘‘‘ in Richtung des ersten Bauteils 11‘‘‘‘ ist ein DEAP-Element 9a‘‘‘‘ angeordnet, dessen Enden in 4 leicht nach oben gebogen sind. In gestrichelter Darstellung ist ein verformtes DEAP-Element 9b‘‘‘‘ eingezeichnet. Das DEAP-Element 9a‘‘‘‘, 9b‘‘‘‘ ist dergestalt in das Dichtelement 7‘‘‘‘ integriert, dass es sich bei entsprechender Bestromung hochdruckseitig nach unten verformt, also in Richtung des ersten Bauteils 11‘‘‘‘ biegt, um so den Anpressdruck des Dichtelements 7‘‘‘‘ an das erste Bauteil 11‘‘‘‘ zu erhöhen. Durch die Verformung des DEAP-Elements 9a‘‘‘‘, 9b‘‘‘‘ kann sich eine (nicht dargestellte) Verformung des Dichtelements 7‘‘‘‘ hin zur Asymmetrie ergeben. Eine dem verformten DEAP-Element 9b‘‘‘‘ entsprechende Druckverteilung D‘‘‘‘ ist im unteren Teil von 4 eingezeichnet. Es ist erkennbar, dass der Druck hochdruckseitig höher ist als niederdruckseitig, was eine bessere und optimal abgestimmte Dichtigkeit möglich macht. Auch hier ist für die Stromversorgung des DEAP-Element 9a‘‘‘‘, 9b‘‘‘‘ ein Ernte-Element (nicht gezeigt) vorgesehen, das sich hochdruckseitig an dem Dichtelement 7‘‘‘‘ in einem Ernte-Element-Bereich 8a‘‘‘‘ befindet bzw. zwischen dem zweiten Bauteilabschnitt 122‘‘‘‘ und dem Dichtelement 7‘‘‘‘ angeordnet ist.
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5 zeigt eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dichtsystems zur Anwendung als radialer Wellendichtring. Ein Dichtelement 7‘‘‘‘‘ ist in dieser Ausführungsform ebenfalls zwischen einem ersten Bauteil 11‘‘‘‘‘ und einem zweiten Bauteil 12‘‘‘‘‘ angeordnet, ist jedoch im Unterschied zu den vorangehenden Ausführungsformen zweiteilig ausgeführt. Das erste Bauteil 11‘‘‘‘‘ ist in dieser Ausführungsform ebenfalls als translatorisch bewegbarer Kolben gebildet, der ein erster Dichtelementabschnitt 7a‘‘‘‘‘ zugewandt ist, der z. B. aus einem Elastomer gebildet ist und dem zweiten Bauteil 12‘‘‘‘‘ ist ein zweiter Dichtelementabschnitt 7b‘‘‘‘‘ zugewandt, der vorzugsweise aus Metall besteht. In dem ersten Dichtelementabschnitt 7a‘‘‘‘‘ ist ein DEAP-Element 9‘‘‘‘‘ vorgesehen, mittels dessen bei Bestromung der erste Dichtelementabschnitt 7a‘‘‘‘‘ wunschgemäß verformt werden kann. Ferner ist eine Ringfeder 10 an dem dem ersten Bauteil 11‘‘‘‘‘ zugewandten Ende des ersten Dichtelementabschnitts 7a‘‘‘‘‘ integriert, die für einen optimalen Anpressdruck an das erste Bauteil 11‘‘‘‘‘ sorgt. Es ist mindestens ein Ernte-Element (nicht gezeigt) vorgesehen, das sich in einem Ernte-Element-Bereich 8a‘‘‘‘‘ befindet, d. h. auf der linken (Hochdruckseite des Dichtsystems) und das vorzugsweise an dem Dichtelement 7‘‘‘‘‘ angeordnet ist.
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Die Darstellungen in 6, 7, 8 bzw. 9 entsprechen jeweils den Darstellungen in 2, 3, 4 bzw. 5. Der Unterschied liegt insbesondere darin, dass in den 6 bis 9 das Stromerzeugungselement 81‘‘‘ nicht als Ernte-Elemente ausgestaltet ist, sondern als Induktions-Elemente, die für die entsprechende Stromversorgung der vorgesehenen DEAP-Elemente sorgen.
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In 6 ist in der oberen Schnitthälfte das Induktions-Element (nicht gezeigt) im ersten Bauteilabschnitt 121‘ und zwar in einem dem Dichtelement 7‘ zugewandten Bereich 8b‘ angeordnet. Das Induktions-Element kann hierbei an der Außenseite des zweiten Bauteils 12‘ vorgesehen sein oder in dieses eingegossen sein. Das Induktionselement ist entsprechend mit dem Aktor (nicht gezeigt) elektrisch zu verbinden (nicht gezeigt). Mittels des Induktions-Elements kann elektrische Energie ohne eine aufwändige Verkabelung von außen in das Dichtsystem eingebracht werden.
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Alternativ kann das Induktions-Element auch an oder in dem ersten Bauteil 11‘ vorgesehen sein, was in 6 in der unteren Schnitthälfte durch einen Kreis angedeutet ist. Hierbei ist ein Induktions-Element (nicht gezeigt) in einem Bereich 8b‘‘ positioniert. Eine Übertragung der Energie von dem Bauteil 11‘ hin zum Aktor (nicht gezeigt) ist dabei, bspw. durch Schleifkontakte oder sonstige elektrische Verbindungen, sichergestellt.
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Bei 6 ist ein Sende-Element, welches die induktiv an das Induktions-Element übertragene Energie aussendet, außerhalb des Dichtsystems positioniert und daher nicht dargestellt. Die induktiv übertragene Energie wird daher von einer Quelle außerhalb des Dichtsystems in das Dichtsystem übertragen.
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In 7 ist in der oberen Schnitthälfte ein als Induktions-Element ausgestaltetes Stromerzeugungselement 81‘‘‘ dargestellt. Dieses ist im Bereich 8b‘‘‘ positioniert. Weiterhin ist eine mögliche Positionierung eines (nicht gezeigten) Sende-Element in einem Bereich 88‘‘‘ in der oberen Schnitthälfte durch einen Kreis, sowie in einem Bereich 88‘‘‘‘‘‘ in der unteren Schnitthälfte durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Da das Bauteil 11‘‘‘ aus dem Dichtsystem herausführt, kann das Sende-Element auch hierüber in das Dichtsystem eingebracht werden, genaugenommen umschließt das Dichtsystem in diesem Fall das Sende-Element. Hierbei können die Übertragungswege kurz gehalten werden und eine Übertragung daher hinsichtlich Effektivität und Effizienz optimiert werden. Die untere Schnitthälfte zeigt eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit zur möglichen Positionierung des Induktions-Elements in einem Bereich 8b‘‘‘‘‘‘, zwischen dem Aktor 9‘‘‘‘‘‘ und dem Dichtelement 7‘‘‘‘‘‘.
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In 8 bzw. 9 ist ein Induktions-Element (nicht gezeigt) analog zu den bisherigen Ausführungen in einem Bereich, 8b‘‘‘‘ bzw. 8b‘‘‘‘‘ vorgesehen.
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10 zeigt den Bereich Z aus 2 bzw. 6 und zeigt vergrößert die Druckverteilung D‘. Durch einen entsprechenden Aktor, bspw. einem DEAP-Eelment, kann der Anpressdruck des Dichtelements 7‘ an das erste Bauteil 11‘ aktiv verstärkt oder verringert werden. Bei einer Verstärkung des Anpressdrucks ergibt sich das in 10 gezeigte Druckprofil. Der Druck ist also hochdruckseitig erhöht und fällt dann in Richtung der Niederdruckseite linear ab.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011076127 A1 [0002]
- DE 102011005308 A1 [0008]
