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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dichtungssystem für ein bewegliches Element und ein Verfahren zum Abdichten eines beweglichen Elements.
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Die Druckschrift
EP 0 602 425 A1 betrifft einen Zylinder mit einem Kolben, der durch ein unter Druck stehendes Fluid in einer Zylinderkammer bewegt wird.
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Die Druckschrift
JP H 01 172 602 A betrifft einen Zylinder mit einem variablen Hub.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dichtungssystem bereitzustellen, das das Eindringen von Schmutz oder Medien an einer Außenöffnung verhindert, in der ein bewegliches Element geführt wird.
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Diese Aufgabe wird durch Gegenstände nach den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Dichtungssystem gelöst, mit einem beweglichen Element; und einem Gehäuse, das ein Dichtelement zum Erzeugen eines Ringspaltes um das bewegliche Element herum und eine Druckkammer zum Erzeugen eines Fluidstroms durch den Ringspalt hindurch umfasst. Durch das Dichtungssystem wird der technische Vorteil erreicht, dass kontinuierlich ein Luftstrom aus der Druckkammer strömt und an der Stelle des Ringspaltes eine Abstreiffunktion realisiert wird. Schmutz oder Medien können nicht an dahinterliegende Dichtpakete gelangen und diese zerstören oder unterwandern.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungssystems ist der Fluidstrom ein Gasstrom. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein leicht handhabbares Fluid mit einer hohen Kompressibilität verwendet wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungssystems ist das Dichtungssystem an einem Antrieb angeordnet und das bewegliche Element ist als Kolbenstange ausgebildet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass die Kolbenstange des Antriebs abgedichtet werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungssystems ist das bewegliche Element eine zylindrische Kolbenstange. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Dichtelement durch eine Ringscheibe gebildet werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungssystems ist das Dichtelement derart elastisch, dass dieses unterhalb eines vorgegebenen Druckes in der Druckkammer an dem beweglichen Element anliegt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass sich der Ringspalt erst mit dem Erreichen eines bestimmten Druckes öffnet und das Eindringen von Fremdkörpern bei fehlendem Druck wirksam verhindert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungssystems umfasst das Dichtelement eine in Richtung des Fluidstroms biegsame Lamelle. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Dichtelement bei einem geringen Druck einen Ringspalt erzeugt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungssystems ist das Dichtelement derart unelastisch, dass das Dichtelement einen dauerhaften Ringspalt um das bewegliche Element herum erzeugt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Verschleiß des Dichtelementes verhindert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungssystems umfasst das Dichtungssystem einen Abstreifer zum mechanischen Abstreifen von Verunreinigungen an dem beweglichen Element. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Kontakt von groben Verunreinigungen mit dem Dichtungselement verhindert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungssystems umfasst die Druckkammer einen Anschluss zum Einführen eines Fluides von außen. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Fluid direkt zu der Druckkammer zugeführt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungssystems umfasst der Anschluss ein Rückschlagventil. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein unbeabsichtigtes Ausströmen des Fluides aus der Druckkammer verhindert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungssystems ist die Druckkammer um das bewegliche Element herum angeordnet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine gleichmäßige Umströmung des beweglichen Elementes erreicht wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungssystems weist die Druckkammer ein derartiges Speichervolumen auf, dass der Fluidstrom durch den Ringspalt auch bei Unterbrechung einer Fluidversorgung zweitweise aufrechterhalten werden kann. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass das Eindringen von Partikeln auch beim Wechseln einer Versorgungsleitung verhindert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungssystems ist die Druckkammer gegenüber dem beweglichen Element mit einem weiteren Dichtelement abgedichtet. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein Ausströmen des Fluides an einer anderen Seite der Druckkammer verhindert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungssystems ist die Druckkammer bis zu einem Druck von 10 Bar ausgelegt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass eine hohe Abstreiffunktion realisiert wird.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Abdichten eines beweglichen Elementes gelöst, mit den Schritten eines Erzeugens eines Ringspaltes um das bewegliche Element herum durch ein Dichtelement, das in einem Gehäuse angeordnet ist; und eines Erzeugens eines Fluidstroms durch den Ringspalt hindurch durch eine Druckkammer, die in dem Gehäuse angeordnet ist. Dadurch werden die gleichen technischen Vorteile, wie durch das Dichtungssystem nach dem ersten Aspekt erreicht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das Fluid in der Druckkammer um das bewegliche Element herum derart gespeichert, dass der Fluidstrom durch den Ringspalt auch bei Unterbrechung einer Fluidversorgung zweitweise aufrechterhalten werden kann. Dadurch wird beispielsweise ebenfalls der technische Vorteil erreicht, dass das Eindringen von Partikeln auch beim Wechseln einer Versorgungsleitung verhindert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird das Fluid über einen Anschluss mit einem Rückschlagventil zu der Druckkammer zugeführt. Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass ein unbeabsichtigtes Ausströmen des Fluides aus der Druckkammer verhindert wird.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird die Aufgabe durch einen Antrieb mit einem Dichtungssystem nach dem ersten Aspekt für eine Kolbenstange als bewegliches Element des Antriebs gelöst. Der Antrieb kann ein elektrisch, ein pneumatisch oder ein hydraulisch angetriebener Antrieb sein. Der Antrieb kann auch ein Pneumatikzylinder mit einer Kolbenstange sein. Dadurch werden die gleichen technischen Vorteile, wie durch das Dichtungssystem nach dem ersten Aspekt erreicht.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe mit einem Dichtungssystem;
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2 eine Teilquerschnittsansicht der Baugruppe mit dem Dichtungssystem;
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3 eine Querschnittsansicht der Baugruppe mit dem Dichtungssystem;
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4 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Baugruppe mit dem Dichtungssystem;
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5 eine weitere vergrößerte Querschnittsansicht der Baugruppe mit dem Dichtungssystem;
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6 eine Prinzipskizze des Dichtungssystems; und
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7 eine Explosionsansicht der Baugruppe.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe 200 mit einem Dichtungssystem 100. Die Baugruppe 200 umfasst ein Gehäuse 103 mit einem beweglichen Element 101. Das bewegliche Element 101 wird innerhalb der Baugruppe 200 geführt und ragt aus einer kreisförmigen Öffnung 117 heraus.
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Bei der Bewegung des beweglichen Elementes 101 handelt es sich beispielsweise um eine Drehbewegung oder eine lineare, translatorische Bewegung. Das bewegliche Element 101 ist durch eine zylindrische Kolbenstange gebildet. Die Kolbenstange ist dazu ausgebildet, eine rotatorische und/oder translatorische Bewegung zu vollziehen. Im Allgemeinen kann das bewegliche Element 101 auch durch einen anderen Körper mit einer glatten Außenoberfläche gebildet werden.
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Um ein Eindringen von Verunreinigungen an der Stelle zwischen dem beweglichen Element 101 und dem Gehäuse 103 zu verhindern, umfasst die Baugruppe 200 ein Dichtungssystem.
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2 zeigt eine Teilquerschnittsansicht der Baugruppe 200 mit dem Dichtungssystem 100. Das Dichtungssystem 100 umfasst eine Druckkammer 109, die mit einem variablen Druck beaufschlagt werden kann. Die Druckkammer 109 ist vor Zylinderdichtelementen 115 der Baugruppe 200 angeordnet. Die Zylinderdichtelemente 115 bilden eine weitere Dichtung des beweglichen Elementes 101.
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Über die Anschlüsse 113 wird ein Fluid in die Druckkammer 109 geleitet, dass in der Druckkammer 109 unter Druck steht. Die Anschlüsse 113 umfassen einen Verbinder zum Koppeln eines Schlauches. Bei dem Fluid kann es sich um Gase, wie beispielsweise Luft, Schutzgas, Edelgas oder um Flüssigkeiten handeln, wie beispielsweise Wasser oder Öl.
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Um das bewegliche Element 101 herum umfasst das Gehäuse 103 ein ringförmiges Dichtelement 105, das zum Erzeugen eines Ringspaltes 107 um das bewegliche Element 101 herum dient. Das an der Druckkammer 109 befindliche radiale Dichtelement 105 erzeugt einen minimalen Ringspalt 107 an der zu dichtenden Stelle, so dass durch den Ringspalt 107 eine Leckage entsteht. Diese Leckage gewährleistet, dass kontinuierlich ein axialer Fluidstrom aus der Druckkammer 109 strömt und an dieser Stelle eine Abstreiffunktion erzielt wird.
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Das Fluid strömt unter Druck aus der Druckkammer 109 durch den Ringspalt 107, so dass Verunreinigungen von der Außenseite des beweglichen Elementes 101 durch den Fluidstrom abgestreift werden und am Eindringen in das Gehäuse 103 gehindert werden. Schmutz oder Medien können nicht an die dahinterliegenden Zylinderdichtelemente 115 der Baugruppe 200 gelangen und diese zerstören oder unterwandern.
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3 zeigt eine Querschnittsansicht der Baugruppe 200 mit dem Dichtungssystem 100. Die Druckkammer 109 läuft ringförmig um das bewegliche Element 101 herum und sorgt so für eine gleichmäßige Beaufschlagung des Ringspaltes 107 mit dem Fluid. Die beiden Anschlüsse 113 liegen an diametral gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 103, so dass eine redundante Versorgung der Druckkammer 109 mit dem Fluid sichergestellt werden kann. Zudem ermöglicht die diametrale Anordnung der Anschlüsse 113 eine gleichmäßige Versorgung der Druckkammer 109 mit dem Fluid.
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4 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht der Baugruppe 200 mit dem Dichtungssystem 100. Das elastische Dichtelement 105 weist an der Spitze eine Keilform auf und liegt an dem beweglichen Element 101 an. Durch einen zunehmenden Druck in der Druckkammer 109 wird das elastische Dichtelement 105 in radialer Richtung nach Außen gedrückt, so dass der Ringspalt 107 entsteht. Durch die Keilform des Dichtelementes 105 kann ein Ringspalt mit geringem Spaltabstand erzeugt werden. Je geringer der Spaltabstand desto besser kann die Abstreiffunktion realisiert werden.
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Vor dem Dichtelement 105 ist ein ringförmiger Metallabstreifer 111 angeordnet, der dazu dient, Verunreinigungen an dem beweglichen Element 101 mechanisch abzustreifen. Der Abstreifer 111 umfasst zu diesem Zweck eine federnde Lamelle 119, die an dem beweglichen Element 101 anliegt.
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5 zeigt eine weitere vergrößerte Querschnittsansicht der Baugruppe 200 mit dem Dichtungssystem 100 zusammen mit den Fluidstrom. Der Fluidstrom tritt an dem Anschluss 113 in Pfeilrichtung in die Druckkammer 109 ein und verlässt die Druckkammer 109 über den Ringspalt 107. Durch den Fluidstrom im Ringspalt 107 werden Verunreinigungen abgestreift. Der Ringspalt 107 kann im Falle eines festen Dichtelementes 105 statisch sein. Der Ringspalt 107 kann im Falle eines elastischen Dichtelementes 105 erst durch den Fluidstrom erzeugt werden.
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6 zeigt eine Prinzipskizze des Dichtungssystems 100. Der Ringspalt 107 kann einerseits durch ein starres und unelastisches Dichtungselement 105 gebildet werden, das den Ringspalt 107 dauerhaft aufrechterhält. In diesem Fall ergibt sich unabhängig vom Druck in der Druckkammer 109 ein Ringspalt 107 um das bewegliche Element 101 herum. Ein Kontakt des Dichtungselements 105 mit dem beweglichen Element 101 wird verhindert.
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Andererseits kann der Ringspalt 107 durch ein elastisches Dichtungselement 105 gebildet werden, das an dem beweglichen Element 101 anliegt und erst dann radial nach außen gedrückt wird, wenn die Druckkammer 109 mit einem Druck beaufschlagt wird. In diesem Fall verhindert das Dichtungselement 105 ein Eindringen von Partikeln auch dann, wenn das Fluid in der Druckkammer 109 nicht unter Druck steht.
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7 zeigt eine Explosionsansicht der Baugruppe 200 mit dem Dichtungssystem 100. Die Druckkammer 109 kann ein derartiges Speichervolumen aufweisen, dass der Fluidstrom durch den Ringspalt 107 auch bei Unterbrechung einer Fluidversorgung zweitweise aufrechterhalten werden kann, beispielsweise für einen Zeitraum von mehreren Sekunden. In diesem Fall wird ein kompressibles Fluid verwendet, das in der Druckkammer in ausreichender Menge gespeichert wird.
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Wird die Fluidversorgung unterbrochen, strömt weiterhin Fluid aus dem Ringspalt 107. Um den Druck des Fluides in der Druckkammer 109 aufrecht zu erhalten, kann in den Anschlüssen 113 ein Rückschlagventil angeordnet sein, dass das Zurückströmen des Fluides aus der Druckkammer 109 verhindert. Die Druckkammer 109 kann beispielsweise mit einem Druck von 0,1 bar bis 10 bar belastet werden und ist somit variabel einstellbar.
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Durch das Speichervolumen der Druckkammer 109 kann beispielsweise ein Anschlussschlauch an den Anschlüssen 113 gewechselt werden, ohne dass der Fluidstrom durch den Ringspalt 107 unterbrochen wird.
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Das Dichtungssystem 100 kann in umgebungskontaminierter Luft eingesetzt werden und als eine Fluidstromdichtung betrachtet werden. Durch den in der Druckkammer 109 vorhandenen variabel einstellbaren Überdruck können zudem unterschiedlichste Medien vor dem Eindringen in die Baugruppe 200 abgehalten werden. Die Druckkammer 109 dient als Sperre/Dichtung für unterschiedliche Medien. Hinter dem Dichtungssystem 100 liegende Dichtpakete der Baugruppe 200 können gegen Abrasion und Unterwanderung geschützt werden.
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Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren.
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Alle Verfahrensschritte können durch Vorrichtungen implementiert werden, die zum Ausführen des jeweiligen Verfahrensschrittes geeignet sind. Alle Funktionen, die von gegenständlichen Merkmalen ausgeführt werden, können ein Verfahrensschritt eines Verfahrens sein.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Ansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Dichtungssystem
- 101
- bewegliches Element
- 103
- Gehäuse
- 105
- Dichtelement
- 107
- Ringspalt
- 109
- Druckkammer
- 111
- Abstreifer
- 113
- Anschluss
- 115
- Dichtelement/Zylinderdichtelement
- 117
- Öffnung
- 200
- Baugruppe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0602425 A1 [0002]
- JP 01172602 A [0003]
