EP2697526A1 - Vorrichtung und verfahren zum abdichten eines sich dynamisch verändernden spalts - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum abdichten eines sich dynamisch verändernden spalts

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EP2697526A1
EP2697526A1 EP12727427.2A EP12727427A EP2697526A1 EP 2697526 A1 EP2697526 A1 EP 2697526A1 EP 12727427 A EP12727427 A EP 12727427A EP 2697526 A1 EP2697526 A1 EP 2697526A1
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EP
European Patent Office
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electrode
component
gap
sealing
movement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12727427.2A
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English (en)
French (fr)
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Heinz Breunig
Eckehard FÖRSTE
Thomas Friedrich
Wolfgang GLÄNTZ
Andreas GRAMBOW
Tilmann Haar
Roland Haas
Steffen Hain
Andreas Kern-Trautmann
Jochen Lorenscheit
Hans-Joachim Vom Stein
Florian Wohlfeil
Ingo Schulz
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SKF AB
Original Assignee
SKF AB
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Filing date
Publication date
Application filed by SKF AB filed Critical SKF AB
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B03C2201/14—Details of magnetic or electrostatic separation the gas being moved electro-kinetically

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a concept for sealing a dynamically changing gap between a surface of a first component and a surface of a second component translationally moving relative to the first component.
  • Such dynamically changing gaps can occur, for example, in relative movements, as z. B. occur in linear motors or linear guides.
  • a linear guide is generally understood an arrangement that allows the smoothest possible translation of one or more movable assemblies of a machine and at the same time guarantees compliance with the direction of movement in the form of a linear path.
  • Rolling guides are based on the principle of circulation of rolling elements between two moving guide elements. As rolling elements serve, as in the rolling bearing, for example, balls, rollers, needles or other rolling elements.
  • the rolling guides include u. a Profile rail guides or linear guides.
  • linear guides are not limited to exclusively linear movements.
  • a linear guide generally has a guide rail and a linear or guide carriage, which is arranged linearly movable on the guide rail. Particularly in application situations in which the amplitude of the linear movement in the order of magnitude of the outer dimensions of the guide carriage is parallel to or even exceeds the direction of movement, so-called recirculating ball bearings are frequently used.
  • a recirculating ball guide is characterized in that the guide carriage is mounted movably by means of balls relative to the guide rail and that the balls rotate on a self-contained, so quasi-endless path.
  • a recirculating ball guide thus allows any linear mobility of the linear carriage, which is limited only by the dimensions of the guide rail and possibly by an installation environment
  • the guide carriage which is also referred to as a carriage, encompasses a profiled guide rail or profiled rail with a substantially U-shaped cross section.
  • the carriage is roller-mounted on the guide rail.
  • the guide carriage forms an outer guide part of the linear guide and the guide rail has an inner guide part of the linear guide, wherein the inner and outer guide part mutually support via rolling elements.
  • abrasive seals covers or the use of sealing air to prevent the entry of the substances.
  • Disadvantages of grinding seals are, for example, friction and thus energy loss and / or heat input.
  • abrasive seals lead to the wear of at least one functional part, such. B. a sliding surface of the guide or the seal itself.
  • such seals are very maintenance-intensive.
  • seals can be increased.
  • Such seals are used, for example, to isolate as lossless as possible, d. H. especially without friction, to realize.
  • the barrier air assists this by producing a directional mass flow away from the primarily to be insulated space, i. H. for example, from a bearing gap inside a bearing away to a storage environment.
  • this can result in high flow losses and a high use of resources, which can significantly reduce the efficiency of an insulating device.
  • conventional methods usually mean a very high design and manufacturing effort.
  • a sealing concept which achieves a barrier or sealing effect by means of an electric field also serves to seal a dynamically changing gap between a surface of a first component and a surface of a relative to the first component can be used translationally in a direction of movement moving second component, although by the relative translational movement of the two components to each other straight in the direction of movement constantly staggered arrangement of a (charging) electrode and a counter electrode is possible.
  • Embodiments of the present invention provide an apparatus for sealing a dynamically changing gap between a surface of a first component and a surface of a second component translationally moving relative to the first component in a direction of movement.
  • an electrode charging electrode which can be connected to one pole of a (high) voltage source is arranged on the surface of the first component.
  • a counter electrode On the surface of the second component is a counter electrode, which extends flat along the surface of the second component. The charging electrode and the counterelectrode can thus be translated relative to one another into the movement path.
  • a non-abrasive, non-blocking air using sealing device can be realized, which can prevent entry of substances in the gap to be sealed by means of a barrier effect of an electric field between the two electrodes.
  • the charging electrode By suitable choice of the charging electrode, the effect of the so-called corona charging can be used.
  • corona charging or discharging When ionizing by corona charging or discharging generate conductive electrode tips supplied by high voltage by corona discharge and field ionization in their immediate vicinity ions, eg. B. air ions, which are then accelerated along the field lines to the counter electrode and generate an ion wind between the charging electrode and counter electrode. This ion wind provides a barrier to particles moving toward the gap.
  • a sealing effect achieved by the device has its origin in the electrostatic repulsion between charges of the same direction.
  • polarizable or ionizable particles are first electrically charged in the electric field between the charging and counterelectrodes, and a combination of attractive force to the opposite pole (along the field lines) and internal repulsion by similar accumulation of charge causes the desired sealing effect against externally penetrating particles.
  • the charging electrode and / or the counterelectrode in such a way that an inhomogeneous electric field is generated between the charging electrode and the counterelectrode, the field strength of which increases towards the charging electrode.
  • the charging electrode could be formed, for example, as a rod electrode or as a tapered electrode, whereas the counter electrode is formed two-dimensionally, ie flat.
  • a pointed charging electrode has the particular advantage that at the top of the Charging electrode a breakthrough field strength necessary for Lucasionmaschine can be exceeded, so that it comes in their environment for corona charging of air molecules, which in turn (as an ion wind) can deliver their charge to be kept from the gap particles.
  • the charging electrode and the counterelectrode are preferably formed on opposite and gap-defining surfaces of the first and the second component (eg guide rail, guide carriage).
  • the electrode and the counter electrode during or during the translational movement of the first and / or second component in the direction of movement at their respective associated components directly or directly opposite each other, that is arranged on the same height in the direction of movement, so that an imaginary connecting line between the Both electrodes during the translational relative movement of the components substantially always perpendicular to both component surfaces extends.
  • the second component for.
  • the second component may also be designed completely as a counter electrode, in particular if the second component consists of an electrically conductive material.
  • the counterelectrode may have a ground connection, ie it may be earthed. According to still further embodiments, the electrode and / or counterelectrode can be moved on their respective component surface in such a way that during the component movement always the directly opposite arrangement described above is obtained.
  • a dynamically changing gap between the guide rail and guide carriage often has dimensions for which the provision of a single rod electrode as a charging electrode is not sufficient to seal the entire gap.
  • embodiments may have an electrode array arranged opposite the planar counter electrode and parallel to the counter electrode, which preferably extends perpendicular to the direction of movement and which is designed to mediate the gap between the surface of the first component and the surface of the second component to seal the electric field generated by the electric denarray surface.
  • rod electrodes ie electrodes with tips, can be provided as individual electrodes of the array.
  • the charging electrode may be coupled to a high voltage source configured to provide a DC voltage in a range of, for example, 1 kV to 100 kV, preferably in a range of 3 kV to 12 kV. to create.
  • the high voltage source may be controlled along the direction of travel depending on an amplitude of the translational motion or a distance of the two electrodes disposed on the surfaces to provide a distance dependent voltage. This can serve, in particular, to ensure an almost constant strong E field between the two electrodes even during the movement.
  • Such an embodiment is particularly advantageous if not an entire surface of the second component serves as a counter electrode, but only a (small) part thereof.
  • embodiments of the present invention also include a linear guide with a device according to an embodiment.
  • a device according to an embodiment for example, at least one charging electrode could be arranged, whereas the guide rail acts at least partially as a counter electrode to the charging electrode on the carriage.
  • a device according to the invention could be used, for example, to seal a frontal U-shaped gap between the guide rail and carriage.
  • embodiments also include a method for sealing a dynamically changing gap between a surface of a first component and a surface of a relatively translationally moving in a direction of movement second component with a step of arranging, on the surface of the first component, one to a Pol electrode connectable to a high-voltage source, a step of arranging, on the surface of the second component, a counterelectrode extending flat along the direction of movement, so that the electrode and the counter electrode can be moved relative to each other in translation in the direction of movement such that a between the Electrode and the counter electrode formed and moved electric field on polarizable and / or ionizable particles, which penetrate in the direction of the gap to be sealed, acts such that they are kept from the gap to be sealed.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a device for sealing a dynamically changing gap, according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a device for sealing a dynamically changing gap, according to a further embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view of a device for sealing a dynamically changing gap, according to a further embodiment
  • FIG. 4 is a schematic perspective view of a charging electrode lip according to an embodiment.
  • Fig. 5 is a schematic diagram of a linear guide with a device for sealing a dynamically changing gap between the guide rail and carriage.
  • FIG. 1 shows, in a schematic side view, a device 10 for sealing a gap 1 1 dynamically changing, for example due to surface roughness and / or structures, between a surface of a first component 12 and a surface of a component translationally relative to the first component Movement direction 13 moving second component 14.
  • the relative movement direction 13 corresponds to the example of the x-direction.
  • the gap 1 1 extends perpendicular to this example in the z-direction according to its height hn.
  • the device 10 comprises an electrode 16, which is arranged on the surface of the first component 12 and can be connected to a pole of a high voltage source 15.
  • a counterelectrode 17 which also extends along the direction of movement 13 (x-direction), is arranged.
  • the electrode 16, which may preferably be formed as a charging electrode for the electrode immediately surrounding particles (eg., Air molecules), and the counter electrode 17 may be so relative to each other translationally along the movement direction 13 to be moved, that between the electrodes 16 and 17th trained and moved electric field 18 (E-field) on polarizable and / or ionizable particles 19, which penetrate in the direction of the gap to be sealed 1 1 acts such that they are held directly or indirectly by the E-field of the gap to be sealed 1 become.
  • E-field electric field 18
  • the electrode 16 and / or the counterelectrode 17 may initially be designed to generate an electric field 18 between the charging electrode 16 and the counterelectrode 17, so that only polarizable particles in this field 18 can be deflected towards the counterelectrode 17 ,
  • the electrode 16 may be designed as a rod electrode or as an electrode tapering in the direction of its end facing the second component 14.
  • the counter electrode 17 is preferably flat, d. H. two-dimensional, trained and can preferably be grounded.
  • the electrode 16 and the counterelectrode 17 are preferably arranged on opposite surfaces of the first and the second component 12, 14 delimiting the gap 11. They can always be arranged directly opposite one another, that is, when viewed in the direction of movement at the same height, or else always offset along the direction of movement, as will be described in more detail below.
  • embodiments of the present invention could in principle also achieve a sealing effect by direct field ionization of ionizable particles 19 to be retained by the gap 11 by means of sufficiently strong E fields between the electrodes 16 and 17, such embodiments will not be discussed further below. Rather, embodiments are considered in which all components of the device 10 are dimensioned such that it is in an immediate environment 21 around the charging electrode 16 around, to a corona charging or discharging the charging electrode 16 surrounding medium such. B. air comes.
  • corona charging electrodes 16 are in particular rod electrodes or tapered, d. H. thin electrodes, so that a breakthrough field strength necessary for Heilionmaschine can be exceeded at a tip of the charging electrode 16 and it comes to the corona charging of the electrode 16 surrounding air molecules, which in turn can deliver their charge to be held by the gap particles 19. Due to the corona charging, it can thus come under certain conditions to a kind of blowing direction or between the electrodes 16 and 17 along the field lines of the E-field 18 resulting ion wind of ionized air molecules between the electrodes 16 and 17, which is undesirable Particles 19 a species has a barrier effect.
  • Either electric charges are transferred from the ionized air molecules to the particles to be held 19, which are then accelerated first to the counter electrode 17 and then away from the gap 1 1, or there is an elastic shock between the ionized air molecules and the particles to be held 19 instead, so that the Particles are accelerated away from the gap 1 1 away.
  • the high-voltage source 15 can therefore be designed in accordance with embodiments in order to generate a sufficiently large E-field at the charging electrode 16, so that it is necessary for corona charging of molecules of the charging electrode 16 surrounding medium and that then a strong enough ion wind between the electrodes is formed.
  • the high-voltage source 15 can be designed, for example, to generate high voltages in a range from 1 kV to 100 kV, but in particular in a range from 3 kV to 12 kV, depending on the environment and gap thickness h n .
  • the counterelectrode 17 can preferably occupy an area limited in the direction of movement (x direction) on the surface of the second component 14 (see FIG 1), as will be explained below.
  • the surface of the second component 14 could also be used as a counter electrode 17 or covered by it as a whole. Depending on the nature of the second component 14 this could also be a total, d. H. as a whole, are used as the counter electrode 17, as it is exemplified in Fig. 2. This is particularly suitable for components made of an electrically conductive material, such. Metal, on.
  • the second component 14 may be formed as a counter electrode 17 at least on its surface, which forms a boundary of the gap to be sealed 1 1.
  • an arrangement or expansion of the counterelectrode 17 limited on the surface of the second component 14 can be advantageous in the x direction.
  • the counterelectrode 17 could be placed on the surface of the second component 14 such that the two electrodes 16 and 17 are offset relative to one another in the x-direction during movement in any possible relative position of the components 12, 14.
  • the counter electrode 17 seen from the outside is in particular arranged in front of the charging electrode 16 such that it is in the (limited in x-direction) translational relative movement never to substantially perpendicular from the charging electrode 16 to "down" Instead, in the x-direction, the counterelectrode 17, as seen from the outside, is arranged in front of the charging electrode 16 with respect to any imaginable relative position of the two components 12 and 14, so that an obliquely inclined non-contact sealing region 18 (due to the ion wind) between the charging electrode 16 and the counterelectrode 17.
  • Polarisable or ionizable particles 19 can first be electrically charged in the electric field 18 between the charging and counter electrodes 16, 17 and by a combination of attraction force to the counter electrode 17 along the field lines and an internal repulsion by similar charge accumulation of penetration into the gap 1 first be held.
  • a pointed charging electrode 16 By means of a pointed charging electrode 16, a breakthrough field strength necessary for air ionization can be exceeded at its tip so that so-called corona charging of air molecules takes place, which in turn discharges its charge to the gap. holding particles 19 can be released, which are then accelerated towards the counter electrode 17.
  • the high-voltage source 15 can also depend on an amplitude of the translational movement or on a constantly changing distance d of the two electrodes 16, 17 along the direction of movement 13 are regulated to provide a voltage dependent on the distance d. This can serve, in particular, to ensure an almost constant strong E-field and thus a constantly nearly uniform ion wind between the two electrodes 16, 17, even during the translatory (back-and-forth) movement.
  • the gap 1 1 also extends significantly in a direction perpendicular to the x and z directions, as shown schematically in Fig. 3, only a rod or pointed charging electrode 16 may not be sufficient to a to ensure complete non-contact sealing of the gap 1 1.
  • several charging electrodes 16 can be arranged next to one another in the y-direction (perpendicular to the x and / or z direction) in the form of a one- or two-dimensional electrode array 36.
  • a plurality of charging electrodes 16 configured as corona charging electrodes may be provided, each of which is formed with a projection formed as a tip, and the charging electrodes 16 are arranged such that their non-contact sealing regions 18 acting on the particles 19, the gap. 1 1 cover as completely as possible in its entire width in the y-direction. It may therefore remain between the non-contact sealing areas 18 of the individual charging electrodes 16 as possible no space.
  • exemplary embodiments of the device 10 have a charging electrode array 36 arranged opposite the planar counterelectrode 17 and parallel to the counterelectrode 17, which is perpendicular to the movement axis. direction of movement (x-Richtimg) extends and is formed to seal the gap 1 1 between the surface of the first component 12 and the surface of the second component 14 by means of the electric field generated by the charging electrode array 36.
  • a charge electrode lip 46 arranged opposite to the area-shaped counterelectrode 17 (offset) and arranged as an example in FIG. 4 can be provided.
  • the charging electrode lip 46 extends substantially one-dimensionally in the y-direction, i. h., The dimension in the x-direction (direction of movement) should be negligible.
  • an electric field 18 can also be generated areally with which the breakdown field strength necessary for air ionization can be exceeded at the charging electrode lip 46 so that corona charging of air molecules in their immediate surroundings takes place, which then in turn may deliver their charge to the particles to be held 19, to obtain the sealing effect.
  • Embodiments of the present invention can also be used to particular advantage for the sealing of sliding and / or rolling bearing linear guides.
  • Fig. 5 shows schematically a front view of a linear guide 50 with an inner guide member 54 (guide rail) and with an inner guide member 54 U-shaped encompassing outer guide member 52 (carriage).
  • a U-shaped gap 51 between the Actuallysl. Profile rail 54 and the U-shaped enclosing carriage 52 may be disposed on opposite sides of the surfaces of the guide rail 54 and the carriage 52 charging and counter electrodes.
  • the inner (metallic) guide rail can be used as a grounded counterelectrode.
  • opposite inner surfaces of the guide rail 54 can be arranged on the surface of the guide rail 54.
  • Charging electrodes 56 may be arranged in order to obtain a non-contact U-shaped frontal sealing of the linear guide 50.
  • a non-abrasive, non-barrier air using non-contact seal for linear guides can be implemented, which can prevent entry of harmful substances in a gap, for example between guide rail and carriage.
  • at least one tip-shaped electrode is arranged on a moving component. The component which is at rest relative to the moving component may be formed completely, but at least on its surface, which forms part of the gap, as a counter electrode.

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Abstract

Ausführungsbeispiele betreffen ein Konzept zum Abdichten eines sich dynamisch verändernden Spalts (1 1) zwischen einer Oberfläche eines ersten Bauteils (12) und einer Oberfläche eines sich relativ zu dem ersten Bauteil (12) translatorisch in eine Bewegungsrichtung (13) bewegenden zweiten Bauteils (14), mit einer an der Oberfläche des ersten Bauteils (12) angeordneten und an einen Pol einer Hochspannungsquelle (15) anschließbaren Elektrode (16), einer an der Oberfläche des zweiten Bauteils (14) angeordneten und sich flächig entlang der Bewegungsrichtung (13) erstreckenden Gegenelektrode (17), wobei die Elektrode (16) und die Gegenelektrode (17) derart relativ zueinander translatorisch entlang der Bewegungsrichtung (13) bewegt werden können, dass ein sich zwischen der Elektrode (16) und der Gegenelektrode (17) ausgebildetes und mitbewegtes elektrisches Feld (18) auf polarisierbare oder ionisierbare Partikel (19), die in Richtung des abzudichtenden Spalts (11) vordringen, derart wirkt, dass diese von dem abzudichtenden Spalt (11) abgehalten werden.

Description

B e s c h r e i b u n g
VORRICHTUNG UND VERFAHREN UM ABDICHTEN EINES SICH DYNAMISCH
VERÄNDERNDEN SPALTS
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein Konzept zum Abdichten eines sich dynamisch verändernden Spalts zwischen einer Oberfläche eines ersten Bauteils und einer Oberfläche eines sich relativ zu dem ersten Bauteil translatorisch bewegenden zweiten Bauteils.
Derartige sich dynamisch verändernde Spalte können beispielsweise bei Relativbewegungen auftreten, wie sie z. B. bei Linearmotoren oder Linearführungen vorkommen. Als Linearführung versteht man im Allgemeinen eine Anordnung, die eine möglichst reibungsfreie Translation einer oder mehrerer beweglicher Baugruppen einer Maschine ermöglicht und dabei gleichzeitig eine Einhaltung der Bewegungsrichtung in Form einer linearen Bahn garantiert. Man kann Linearführungen nach ihrer Lagerung in Gleitführungen und Wälzführungen unterteilen. Wälzführungen beruhen auf dem Prinzip der Umwälzung von Wälzkörpern zwischen zwei bewegten Führungselementen. Als Wälzkörper dienen, wie beim Wälzlager, beispielsweise Kugeln, Rollen, Nadeln oder andere Wälzkörper. Zu den Wälzführungen gehören u. a Profilschienenführungen oder auch Linearführungen. Hierbei sind Linearführungen nicht auf ausschließlich lineare Bewegungen beschränkt. Sie ermöglichen vielmehr eine translatorische Bewegung im Vergleich zu rotatorischen Bewegungen, die durch entsprechende Rotationswälzlager geführt werden. Gerade im Bereich der Linearlager werden die Begriffe„linear" und„translatorisch" daher häufig synonym verwendet. Mit Hilfe von Linearführungen lassen sich präzise Translationsbewegungen in vielfältigen Anwendungssituationen realisieren. Eine Linearführung weist im Allgemeinen eine Führungsschiene und einen Linear- bzw. Führungswagen auf, der linear beweglich auf der Führungsschiene angeordnet ist. Insbesondere in Anwendungssituationen, bei denen die Amplitude der Linearbewegung in der Größenordnung der Außenabmessungen des Führungswagens parallel zur Bewegungsrichtung liegt oder diese sogar übersteigt werden häufig sogenannte Kugelumlaufführungen eingesetzt. Eine Kugelumlaufführung zeichnet sich dadurch aus, dass der Führungswagen mittels Kugeln relativ zur Führungsschiene beweglich gelagert ist und dass die Kugeln auf einer in sich geschlossenen, also quasi endlosen Bahn umlaufen. Eine Kugelumlaufführung ermöglicht somit eine beliebige lineare Beweglichkeit des Linearwagens, die nur durch die Abmessungen der Führungsschiene und ggf. durch eine Einbauumgebung begrenzt wird
Bei den sogenannten Profilschienenführungen umgreift der Führungswagen, der auch als Laufwagen bezeichnet wird, mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt eine profilierte Führungs- bzw. Profilschiene. Der Führungswagen ist dabei auf der Führungsschiene wälzgelagert. In anderen Worten ausgedrückt bildet der Führungswagen einen äußeren Führungsteil der Linearführung und die Führungsschiene einen inneren Führungsteil der Linearführung, wobei sich inneres und äußeres Führungsteil gegenseitig über Wälzkörper abstützen.
Bei Linearführungen besteht u.a. der Bedarf, einen Zwischenraum zwischen äußerem Führungsteil und innerem Führungsteil nach außen hin abzudichten, zum einen, um beispielsweise einen Schmiermittelaustrag zu vermeiden, und zum anderen, um zu verhindern, dass Fremdstoffe von außen die Gleit- oder Wälzlagerung beeinträchtigen. Jedoch sind sich dynamisch verändernde Spalte, wie z. B. bei Linearführungen und Linearmotoren, mindestens jedoch zwischen zwei Bauteilen, die sich relativ zueinander bewegen, relativ schwer abzudichten. Aufgrund einer sich durch die Relativbewegung möglicherweise verändernden Geometrie des Spaltes müssen aufwändige Vorrichtungen eingesetzt werden, um zu verhindern, dass Partikel, Flüssigkeiten oder sonstige Substanzen in den Spalt eindringen und die den Spalt bildenden Bauteile in negativer Form beeinflussen. Diese negative Beeinflussung hat meist eine reduzierte Funktionsfähigkeit des gesamten technischen Systems zur Folge.
Bekannte Lösungen für dieses Problem sind beispielsweise schleifende Dichtungen, Abdeckungen oder der Einsatz von Sperrluft, um den Eintrag der Substanzen zu verhindern. Nachteile von schleifenden Dichtungen sind beispielsweise Reibung und damit Energieverlust und/oder Wärmeeinbringung. Des Weiteren führen schleifende Dichtungen zum Verschleiß mindestens eines Funktionsteils, wie z. B. einer Gleitfläche der Führung oder der Dichtung selbst. Zudem sind derartige Dichtungen sehr wartungsintensiv.
Darüber hinaus kann z. B. durch Sperrluft die Effizienz von Dichtungen erhöht werden. Solche Dichtungen werden beispielsweise verwendet, um eine Isolierung möglichst verlustfrei, d. h. insbesondere ohne Reibung, zu realisieren. Die Sperrluft unterstützt dies, indem sie einen gerichteten Massestrom erzeugt, der von dem primär zu isolierenden Raum weg weist, d. h. beispielsweise von einem Lagerspalt im Inneren eines Lagers weg zu einer Lagerumgebung. Hierdurch können allerdings hohe Strömungsverluste und ein hoher Ressourceneinsatz entstehen, die die Effizienz einer Isoliervorrichtung erheblich mindern können. Zudem bedeuten herkömmliche Verfahren zumeist einen sehr hohen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand.
Aufgrund der oben angeführten Nachteile des Stands der Technik, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Dichtungskonzept insbesondere für Linearführungen vorzuschlagen.
Es sind seit kurzer Zeit Dichtungskonzepte insbesondere für ringförmige, d.h. rotatorisch umlaufende Wälzläger mit unveränderlichen Lagergeometrien bekannt, bei welchen sich zwischen Hochspannungselektroden unter bestimmten Bedingungen Plasmaschläuche ausbilden können, so dass dadurch quasi eine Blasrichtung bzw. ein Ionenwind zwischen den Hochspannungselektroden entsteht, die wie eine Barriere für in Richtung zu dem Wälziger vordringende Partikel wirken kann. Bei diesem Dichtungskonzept sind die beiden Hochspannungselektroden allerdings in Richtung einer Rotationsachse des Wälzlagers, d. h. axial, derart zueinander versetzt angeordnet, sodass von außen her gesehen eine Gegenelektrode in einem vor- defmierten, konstanten axialen Abstand vor einer Aufladungselektrode (Korona- Aufladungselektrode) angeordnet ist. Dadurch weist eine sogenannte Influenzie- rungs- oder Barrierezone schräg von dem abzudichtenden Wälzlager nach außen weg.
Es ist eine überraschende Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, dass ein Dichtungskonzept, welches mittels eines elektrischen Feldes ein Barriere- bzw. Dichtwirkung erzielt, auch zum Abdichten eines sich dynamisch verändernden Spalts zwischen einer Oberfläche eines ersten Bauteils und einer Oberfläche eines sich relativ zu dem ersten Bauteil translatorisch in eine Bewegungsrichtung bewegenden zweiten Bauteils eingesetzt werden kann, obwohl durch die relative translatorische Bewegung der beiden Bauteile zueinander gerade keine in Bewegungsrichtung konstant versetzte Anordnung einer (Aufladungs-) Elektrode und einer Gegenelektrode möglich ist.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Vorrichtung zum Abdichten eines sich dynamisch verändernden Spalts zwischen einer Oberfläche eines ersten Bauteils und einer Oberfläche eines sich relativ zu dem ersten Bauteil translatorisch in eine Bewegungsrichtung bewegenden zweiten Bauteils. An der Oberfläche des ersten Bauteils ist dabei eine an einen Pol einer (Hoch-) Spannungsquelle anschließbare Elektrode (Aufladungselektrode) angeordnet. An der Oberfläche des zweiten Bauteils befindet sich eine Gegenelektrode, welche sich flächig entlang der Oberfläche des zweiten Bauteils erstreckt. Die Aufladungselektrode und die Gegenelektrode können derart relativ zueinander translatorisch in die Bewe- gungsrichtung bewegt werden, dass ein sich zwischen der Aufladungselektrode und der Gegenelektrode ausbildendes und mitbewegtes elektrisches Feld auf polarisier- bzw. ionisierbare Partikel, die in Richtung des abzudichtenden Spalts vordringen, derart wirkt, dass diese von dem abzudichtenden Spalt abgehalten werden.
Durch Ausführungsbeispiele kann eine nicht schleifende, nicht Sperrluft nutzende Dichtungsvorrichtung realisiert werden, die einen Eintrag von Substanzen in den abzudichtenden Spalt mittels einer Barrierewirkung eines elektrischen Feldes zwischen den beiden Elektroden verhindern kann. Durch geeignete Wahl der Aufla- dungselektrode kann der Effekt der sogenannten Korona-Aufladung genutzt werden. Bei einer Ionisation mittels Korona- Auf- bzw. Entladung erzeugen mit Hochspannung versorgte leitfähige Elektrodenspitzen durch Korona-Entladung und Feldionisation in ihrer unmittelbaren Umgebung Ionen, z. B. Luftionen, die dann entlang der Feldlinien zur Gegenelektrode hin beschleunigt werden und einen Ionenwind zwischen Aufladungselektrode und Gegenelektrode erzeugen. Dieser Ionenwind stellt eine Barriere für sich auf den Spalt zubewegende Partikel dar. Eine durch die Vorrichtung erzielte Dichtwirkung hat bei diesem elektrostatischen Konzept ihren Ursprung also in der elektrostatischen Abstoßung zwischen gleichsinnigen Ladungen. Polarisierbare bzw. ionisierbare Partikel werden also in dem elektrischen Feld zwischen Aufladungs- und Gegenelektrode zunächst elektrisch aufgeladen und eine Kombination aus Anziehungskraft zum Gegenpol (entlang der Feldlinien) und innere Abstoßung durch gleichartige Ladungsansammlung bewirkt den erwünschten Dichtungseffekt gegenüber von außen eindringenden Partikeln.
Es kann insbesondere vorteilhaft sein, die Aufladungselektrode und/oder die Gegenelektrode derart auszubilden, so dass zwischen der Aufladungselektrode und der Gegenelektrode ein inhomogenes elektrisches Feld erzeugt wird, dessen Feldstärke zur Aufladungselektrode hin zunimmt. Dazu könnte die Aufladungselektrode beispielsweise als Stabelektrode bzw. als eine spitz zulaufende Elektrode ausgebildet sein, wohingegen die Gegenelektrode zweidimensional, d.h. flächig ausgebildet ist. Eine spitze Aufladungselektrode hat vor allem den Vorteil, dass an der Spitze der Aufladungselektrode eine zur Luftionisierung notwendige Durchbruchfeldstärke überschritten werden kann, sodass es in deren Umgebung zur Korona-Aufladung von Luftmolekülen kommen, welche dann wiederum (als Ionenwind) ihre Ladung an vom Spalt abzuhaltende Partikel abgeben können.
Um den Spalt, beispielsweise zwischen Führungsschiene und Führungswagen einer linearer Führung, effektiv abzudichten, sind die Aufladungselektrode und die Gegenelektrode vorzugsweise an gegenüberliegenden und den Spalt begrenzenden Flächen des ersten und des zweiten Bauteils (z. B. Führungsschiene, Führungswagen) ausgebildet. Insbesondere können die Elektrode und die Gegenelektrode bei oder während der translatorischen Bewegung des ersten und/oder zweiten Bauteils in Bewegungsrichtung an ihren jeweils zugeordneten Bauteilen direkt bzw. unmittelbar gegenüberliegend zueinander, d.h. auf in Bewegungsrichtung gleicher Höhe, angeordnet sein, sodass eine gedachte Verbindungslinie zwischen den beiden Elektroden während der translatorischen Relativbewegung der Bauteile im Wesentlichen stets senkrecht zu beiden Bauteiloberflächen verläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann jeweils eine Koordinate der beiden gegenüberliegenden Elektroden in Bewegungsrichtung stets identisch sein. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann dazu das zweite Bauteil, z. B. Führungsschiene oder Führungswagen, zumindest an seiner Oberfläche, die eine Begrenzung des abzudichtenden Spaltes bildet, wenigstens teilweise, bevorzugt aber komplett ganzflächig, als flächige Gegenelektrode ausgebildet sein. Bei weiteren Ausführungsbeispielen kann das zweite Bauteil auch komplett als Gegenelektrode ausgebildet sein, insbesondere, wenn das zweite Bauteil aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht. Im Allgemeinen kann die Gegenelektrode über einen Masseanschluss verfügen, d. h. sie kann geerdet ausgebildet sein. Gemäß noch weiteren Ausführungsbeispielen können Elektrode und/oder Gegenelektrode an ihrer jeweiligen Bauteiloberfläche derart bewegt werden, sodass während der Bauteilbewegung stets die oben beschriebene unmittelbar gegenüberliegende Anordnung erhalten wird. Insbesondere bei Linearführungen weist ein sich dynamisch verändernder Spalt zwischen Führungsschiene und Führungswagen oft Dimensionen auf, für die das Vorsehen einer einzelnen Stabelektrode als Aufladungselektrode nicht ausreichend ist, um den gesamten Spalt abzudichten. Dafür können Ausführungsbeispiele einen zu der flächig ausgebildeten Gegenelektrode gegenüberliegend und parallel zu der Gegenelektrode angeordneten Elektroden-Array aufweisen, der sich vorzugsweise senkrecht zu der Bewegungsrichtung erstreckt und der ausgebildet ist, um den Spalt zwischen der Oberfläche des ersten Bauteils und der Oberfläche des zweiten Bauteils vermittels des mit dem Elektro denarray erzeugten elektrischen Felds flächig abzudichten. Dabei können als einzelne Elektroden des Arrays wiederum Stabelektroden, d.h. Elektroden mit Spitzen, vorgesehen sein. Diese können sich beispielsweise entlang einer Linie, d. h. eindimensional, oder auch auf einer Fläche, d. h. zweidimensional, auf der Oberfläche des ersten Bauteils verteilen. Anstelle eines eindimensionalen Elektroden- Arrays könnte aber auch eine an dem ersten Bauteil vorgesehene (dünne) Elektrodenlippe vorgesehen sein, um erstens ein möglichst inhomogenes elektrisches Feld zu erzeugen und zweitens eine Korona-Aufladung von sie umgebenden Luftmolekülen zu bewirken.
Um ein dazu ausreichend starkes elektrisches Feld zu erzeugen, kann die Aufladungselektrode bei Ausführungsbeispielen mit einer Hochspannungsquelle gekoppelt sein, die ausgebildet ist, um eine Gleichspannung in einem Bereich von beispielsweise 1 kV bis 100 kV, vorzugsweise in einem Bereich von 3 kV bis 12 kV, zu erzeugen. Des Weiteren kann die Hochspannungsquelle gemäß manchen Ausführungsbeispielen abhängig von einer Amplitude der translatorischen Bewegung bzw. abhängig von einem Abstand der beiden auf den Oberflächen angeordneten Elektroden entlang der Bewegungsrichtung geregelt werden, um eine von dem Abstand abhängige Spannung bereitzustellen. Dies kann insbesondere dazu dienen, auch während der Bewegung stets ein nahezu gleichbleibend starkes E-Feld zwischen den beiden Elektroden sicherzustellen. Eine solche Ausführungsform ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn nicht eine gesamte Oberfläche des zweiten Bauteils als Gegenelektrode dient, sondern nur ein (kleiner) Teil davon. Insbesondere betreffend gleit- und/oder wälzgelagerte Linearführungen umfassen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auch eine Linearführung mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel. D. h., an dem Führungswagen der Linearführung könnte beispielsweise wenigstens eine Aufladungselektrode angeordnet sein, wohingegen die Führungsschiene zumindest teilweise als Gegenelektrode zu der Aufladungselektrode am Führungswagen wirkt. Hier könnte eine erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise eingesetzt werden, um einen stirnseitigen U-förmigen-Spalt zwischen Führungsschiene und Führungswagen abzudichten.
Nicht zuletzt umfassen Ausführungsbeispiele auch ein Verfahren zum Abdichten eines sich dynamisch verändernden Spalts zwischen einer Oberfläche eines ersten Bauteils und einer Oberfläche eines sich relativ dazu translatorisch in eine Bewegungsrichtung bewegenden zweiten Bauteils mit einem Schritt des Anordnens, an der Oberfläche des ersten Bauteils, einer an einen Pol einer Hochspannungsquelle anschließbaren Elektrode, einem Schritt des Anordnens, an der Oberfläche des zweiten Bauteils, einer sich flächig entlang der Bewegungsrichtung erstreckenden Gegenelektrode, so dass die Elektrode und die Gegenelektrode derart relativ zueinander translatorisch in die Bewegungsrichtung bewegt werden können, dass ein sich zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode ausgebildetes und mitbewegtes elektrisches Feld auf polarisierbare und/oder ionisierbare Partikel, die in Richtung des abzudichtenden Spalts vordringen, derart wirkt, dass diese von dem abzudichtenden Spalt abgehalten werden.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Abdichten eines sich dynamisch verändernden Spalts, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Abdichten eines sich dynamisch verändernden Spalts, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine schematische Perspektive Ansicht einer Vorrichtung zum Abdichten eines sich dynamisch verändernden Spalts, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine schematische Perspektive Ansicht einer Aufladungselektrodenlippe gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 5 eine Prinzipskizze einer Linearführung mit einer Vorrichtung zum Abdichten eines sich dynamisch verändernden Spalts zwischen Führungsschiene und Führungswagen.
Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Vorrichtung 10 zum Abdichten eines sich beispielsweise aufgrund von Oberflächenrauhigkeiten und/oder - strukturen dynamisch verändernden Spalts 1 1 zwischen einer Oberfläche eines ersten Bauteils 12 und einer Oberfläche eines sich relativ zu dem ersten Bauteil translatorisch in eine Bewegungsrichtung 13 bewegenden zweiten Bauteils 14. Gemäß dem in Fig. 1 eingezeichneten kartesischen Koordinatensystem entspricht die Rela- tivbewegungsrichtung 13 beispielhaft der x-Richtung. Der Spalt 1 1 erstreckt sich senkrecht dazu exemplarisch in z-Richtung entsprechend seiner Höhe hn.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine an der Oberfläche des ersten Bauteils 12 angeordnete und an einen Pol einer Hochspannungsquelle 15 anschließbare Elektrode 16. An der Oberfläche des zweiten Bauteils 14 ist eine sich flächig auch entlang der Bewegungsrichtung 13 (x-Richtung) erstreckende Gegenelektrode 17 angeordnet. Die Elektrode 16, welche bevorzugt als Aufladungselektrode für die Elektrode unmittelbar umgebende Partikel (z. B. Luftmoleküle) ausgebildet sein kann, und die Gegenelektrode 17 können derart relativ zueinander translatorisch entlang der Bewegung srichtung 13 bewegt werden, dass ein zwischen den Elektroden 16 und 17 ausgebildetes und mitbewegtes elektrisches Feld 18 (E-Feld) auf polarisierbare und/oder ionisierbare Partikel 19, die in Richtung des abzudichtenden Spalts 1 1 vordringen, derart wirkt, dass diese unmittelbar oder mittelbar durch das E-Feld von dem abzudichtenden Spalt 1 1 abgehalten werden.
Prinzipiell kann eine Dichtwirkung auch mit nahezu beliebigen Formgebungen der Elektroden 16 und 17 erreicht werden, wenn nur die dazwischen angelegte Spannung hinreichend groß gewählt wird. Jedoch können die Elektroden auch vorteilhaft gewählt werden, um den erwünschten Dichteffekt auch möglichst effizient, beispielsweise mit wenig elektrischer Leistung, zu erzielen. Die Elektrode 16 und/oder die Gegenelektrode 17 können dazu gemäß Ausführungsbeispielen zunächst ausgebildet sein, um zwischen der Aufladungselektrode 16 und der Gegenelektrode 17 ein elektrisches Feld 18 zu erzeugen, so dass auch lediglich polarisierbare Teilchen in diesem Feld 18 hin zur Gegenelektrode 17 abgelenkt werden können. Dazu kann die Elektrode 16 als Stabelektrode bzw. als in Richtung zu ihrem dem zweiten Bauteil 14 zugewandten Ende spitz zulaufende Elektrode ausgebildet sein. Die Gegenelektrode 17 ist hingegen vorzugsweise flächig, d. h. zweidimensional, ausgebildet und kann bevorzugt geerdet werden.
Um den Spalt 1 1 effektiv durch die Dichtungsvorrichtung 10 abzudichten, sind die Elektrode 16 und die Gegenelektrode 17 bevorzugt an gegenüberliegenden und den Spalt 1 1 begrenzenden Oberflächen des ersten und des zweiten Bauteils 12, 14 angeordnet. Dabei können sie stets unmittelbar gegenüberliegend angeordnet sein, d.h. in Bewegungsrichtung gesehen auf gleicher Höhe, oder aber auch stets entlang der Bewegungsrichtung versetzt, wie es im Nachfolgenden noch näher beschrieben wird. Obwohl mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung prinzipiell auch eine Dichtwirkung durch eine direkte Feldionisation ionisierbarer und vom Spalt 1 1 abzuhaltender Partikel 19 mittels ausreichend starker E-Felder zwischen den Elektroden 16 und 17 erzielt werden könnte, wird auf derartige Ausführungsbeispiele im Folgenden nicht weiter eingegangen. Vielmehr werden Ausführungsbeispiele betrachtet, bei denen sämtliche Komponenten der Vorrichtung 10 derart dimensioniert sind, dass es in einer unmittelbaren Umgebung 21 um die Aufladungselektrode 16 herum, zu einer Korona- Auf- bzw. Entladung eines die Aufladungselektrode 16 umgebenden Mediums, wie z. B. Luft, kommt.
Als Korona- Aufladungselektroden 16 eignen sich insbesondere Stabelektroden bzw. spitz zulaufende, d. h. dünne Elektroden, so dass an einer Spitze der Aufladungs- elektrode 16 eine zur Luftionisierung notwendige Durchbruchfeldstärke überschritten werden kann und es zur Korona- Aufladung von die Elektrode 16 umgebenden Luftmolekülen kommt, welche dann wiederum ihre Ladung an die vom Spalt abzuhaltenden Partikel 19 abgeben können. Durch die Korona- Aufladung kann es zwischen den Elektroden 16 und 17 also unter bestimmten Bedingungen zu einer Art Blasrichtung bzw. zu einem zwischen den Elektroden 16 und 17 entlang der Feldlinien des E-Feldes 18 entstehenden Ionenwind von ionisierten Luftmolekülen kommen, was für die unerwünschten Partikel 19 eine Art eine Barriere Wirkung hat. Entweder werden elektrische Ladungen von den ionisierten Luftmolekülen auf die abzuhaltenden Partikel 19 übertragen, welche dann zunächst zur Gegenelektrode 17 und dann vom Spalt 1 1 weg beschleunigt werden, oder es findet ein elastischer Stoß zwischen den ionisierten Luftmolekülen und den abzuhaltende Partikeln 19 statt, sodass die Partikel vom Spalt 1 1 weg beschleunigt werden. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass das E-Feld 18 sozusagen einen berührungslosen Dichtungsbereich für den Spalt 1 1 bildet.
Die Hochspannungsquelle 15 kann also gemäß Ausführungsbeispielen ausgebildet sein, um an der Aufladungselektrode 16 ein hinreichend großes E-Feld zu erzeugen, sodass es zur Korona- Aufladung von Molekülen eines die Aufladungselektrode 16 umgebenden Mediums kommen kann und dass daraufhin ein genügend starker Ionenwind zwischen den Elektroden entsteht. Die Hochspannungsquelle 15 kann dazu beispielsweise ausgebildet sein, um - je nach Umgebung und Spaltstärke hn - Hochspannungen in einem Bereich von lkV bis 100 kV, insbesondere aber in einem Bereich von 3 kV bis 12 kV zu erzeugen.
Bei einer in Bewegungsrichtung 13 relativ eng begrenzten Amplitude der linearen bzw. translatorischen Bewegung der beiden Bauteile 12 und 14 relativ zueinander, kann die Gegenelektrode 17 vorzugsweise einen in Bewegungsrichtung (x- Richtung) begrenzten Bereich auf der Oberfläche des zweiten Bauteils 14 einnehmen (siehe Fig. 1), wie es im Nachfolgenden noch erläutert wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen könnte die Oberfläche des zweiten Bauteils 14 aber auch insgesamt als Gegenelektrode 17 verwendet bzw. von dieser bedeckt werden. Je nach Beschaffenheit des zweiten Bauteils 14 könnte dieses auch insgesamt, d. h. im Ganzen, als Gegenelektrode 17 eingesetzt werden, so, wie es beispielhaft in Fig. 2 angedeutet ist. Dies bietet sich insbesondere bei Bauteilen aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie z.B. Metall, an. In anderen Worten ausgedrückt kann das zweite Bauteil 14 zumindest an seiner Oberfläche, die eine Begrenzung des abzudichtenden Spaltes 1 1 bildet, als Gegenelektrode 17 ausgebildet sein.
Insbesondere bei Anwendungen, bei denen die translatorische Bewegung der beiden Bauteile 12 und 14 relativ zueinander relativ eng begrenzt ist, kann eine in x- Richtung begrenzte Anordnung bzw. Ausdehnung der Gegenelektrode 17 auf der Oberfläche des zweiten Bauteils 14 von Vorteil sein. In einem derartigen Fall könnte die Gegenelektrode 17 derart auf der Oberfläche des zweiten Bauteils 14 platziert sein, sodass die beiden Elektroden 16 und 17 während der Bewegung in jeder möglichen Relativstellung der Bauteile 12, 14 zueinander in x-Richtung zueinander versetzt angeordnet sind. D.h., sie können in Richtung von außen hin zum abzudichtenden Raum 1 1 derart zueinander versetzt angeordnet sein, dass der durch das elektrische Feld 18 gebildete berührungslose Dichtungsbereich zu besagter x- Richtung stets eine Schrägstellung aufweist, so dass der Ionenwind (von Aufla- dungselektrode 16 zur Gegenelektrode 17) stets von dem Spalt 1 1 weg bläst. D. h., bei manchen Ausführungsbeispielen ist von außen her gesehen die Gegenelektrode 17 insbesondere derart vor der Aufladungselektrode 16 angeordnet, dass es bei der (in x- ichtung begrenzten) translatorischen Relativbewegung niemals zu im Wesentlichen senkrecht von der Aufladungselektrode 16 nach„unten" zu der Gegenelektrode 17 verlaufenden E-Feldlinien kommen kann. Stattdessen ist in x-Richtung die Gegenelektrode 17 von außen her gesehen bei jeder erdenklichen Relativstellung der beiden Bauteile 12 und 14 zueinander vor der Aufladungselektrode 16 angeordnet, so dass sich ein schräg geneigter berührungsloser Dichtungsbereich 18 (durch den Ionenwind) zwischen der Aufladungselektrode 16 und der Gegenelektrode 17 ergibt. Dies bewirkt, dass von außen her in Richtung des Spaltes 1 1 vordringende flüssige und/oder feste Partikel 19 in dem berührungslosen Dichtungsbereich 18 erfasst werden und daraufhin massiv schräg in Richtung Gegenelektrode 17 beschleunigt werden. Nach einem Auftreffen der abzuhaltenden Partikel 19 auf der Gegenelektrode 17 werden diese dort entladen und entweder von einem sich bildenden Flüssigkeitsfilm (im Falle flüssiger Partikel) durch Adhäsion gehalten und gegen die Beschleunigungsrichtung abgeführt oder durch die Wirkung des Impulses (im Falle einer vollständigen trockenen Umgebung) herausgeschleudert, wie dies in Fig. 1 für ein im Spalt 11 unerwünschtes Partikel 19 mit Pfeilen angedeutet ist.
Bei der Vorrichtung 10 wird eine Dichtwirkung also basierend auf der elektrostatischen Abstoßung zwischen gleichsinnigen Ladungen erhalten. Polarisierbare bzw. ionisierbare Partikel 19 können in dem elektrischen Feld 18 zwischen Aufladungs- und Gegenelektrode 16, 17 zunächst elektrisch aufgeladen und durch eine Kombination aus Anziehungskraft zur Gegenelektrode 17 entlang der Feldlinien und einer inneren Abstoßung durch gleichartige Ladungsansammlung von einem Eindringen in den Spalt 1 1 abgehalten werden. Durch eine spitz ausgebildete Aufladungselektrode 16 kann an deren Spitze eine zur Luftionisierung notwendige Durchbruchfeld- stärke überschritten werden, so dass es zur so genannten Korona-Aufladung von Luftmolekülen kommt, welche dann wiederum ihre Ladung an die vom Spalt abzu- haltende Partikel 19 abgeben können, die daraufhin hin zur Gegenelektrode 17 beschleunigt werden.
Bei dem soeben beschriebenen Ausführungsbeispiel mit in x-Richtung auch bei Bewegung stets versetzten Elektroden 16 und 17 kann die Hochspannungsquelle 15 auch abhängig von einer Amplitude der translatorischen Bewegung bzw. abhängig von einem sich ständig verändernden Abstand d der beiden Elektroden 16, 17 entlang der Bewegungsrichtung 13 geregelt werden, um eine von dem Abstand d abhängige Spannung bereitzustellen. Dies kann insbesondere dazu dienen, auch während der translatorischen (Hin-und-Her) Bewegung stets ein nahezu gleichbleibend starkes E-Feld und damit einen ständig nahezu gleichstarken Ionenwind zwischen den beiden Elektroden 16, 17 sicherzustellen.
Insbesondere wenn sich der Spalt 1 1 auch signifikant in einer Richtung senkrecht zur x- und z-Richtung erstreckt, wie dies schematisch in Fig. 3 dargestellt ist, kann lediglich eine stab förmige bzw. spitze Aufladungselektrode 16 unter Umständen nicht ausreichend sein, um eine vollständige berührungslose Abdichtung des Spalts 1 1 zu gewährleisten. Um diesem Problem Herr zu werden, können in y-Richtung (senkrecht zur x- und/oder z-Richtung) mehrere Aufladungselektroden 16 nebeneinander in Form eines ein- oder zweidimensionalen Elektrodenarrays 36 angeordnet werden. Gemäß Ausführungsbeispielen kann also eine Mehrzahl von als Korona- Aufladungselektroden ausgebildeten Aufladungselektroden 16 vorgesehen sein, von denen jede mit einem als Spitze ausgebildeten Fortsatz ausgebildet ist, und die Aufladungselektroden 16 derart angeordnet sind, dass ihre auf die Partikel 19 wirkenden berührungslosen Dichtungsbereiche 18 den Spalt 1 1 in seiner gesamten Breite in y-Richtung möglichst vollständig abdecken. Es darf also zwischen den berührungslosen Dichtungsbereichen 18 der einzelnen Aufladungselektroden 16 möglichst kein Freiraum verbleiben. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 10 einen zu der flächig ausgebildeten Gegenelektrode 17 gegenüberliegend und parallel zu der Gegenelektrode 17 angeordneten Aufladungselektrodenarray 36 aufweisen, der sich senkrecht zu der Bewe- gungsrichtung (x-Richtimg) erstreckt und der ausgebildet ist, um den Spalt 1 1 zwischen der Oberfläche des ersten Bauteils 12 und der Oberfläche des zweiten Bauteils 14 vermittels des mit dem Aufladungselektrodenarray 36 erzeugten elektrischen Felds flächig abzudichten.
Alternativ zu dem anhand von Fig. 3 dargestellten Elektrodenarray 36 kann bei Ausführungsbeispielen auch eine zu der flächig ausgebildeten Gegenelektrode 17 (versetzt) gegenüberliegend angeordnete und in Fig. 4 beispielhaft skizzierte Aufla- dungselektrodenlippe 46 vorgesehen sein. Dabei erstreckt sich die Aufladungselektrodenlippe 46 im Wesentlichen eindimensional in y-Richtung, d. h., deren Abmessung in x-Richtung (Bewegungsrichtung) soll vernachlässigbar sein. Mit einer derartig dünn ausgebildeten Aufladungselektrodenlippe 46 kann flächig ebenfalls einen elektrisches Feld 18 erzeugt werden, mit dem an der Aufladungselektrodenlippe 46 die zur Luftionisierung notwendige Durchbruchfeldstärke überschritten werden kann, so dass es zur Korona-Aufladung von Luftmolekülen in ihrer unmittelbaren Umgebung kommt, welche dann wiederum ihre Ladung an die abzuhaltenden Partikel 19 abgeben können, um die Dichtwirkung zu erhalten.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können insbesondere vorteilhaft auch zur Abdichtung von gleit- und/oder wälzgelagerten Linearführungen eingesetzt werden. Dazu zeigt die Fig. 5 schematisch eine Frontansicht einer Linearführung 50 mit einem inneren Führungsteil 54 (Führungsschiene) und mit einem das innere Führungsteil 54 U-förmig umgreifenden äußeren Führungsteil 52 (Führungswagen). Zur Abdichtung eines U-förmigen Spaltes 51 zwischen der Führungsbzw. Profilschiene 54 und dem diese U-förmig umschließenden Führungswagen 52 können auf gegenüberliegenden Seiten der Oberflächen der Führungsschiene 54 und des Führungswagens 52 Aufladungs- und Gegenelektroden angeordnet sein. Beispielhaft kann in dem anhand von Fig. 5 skizzierten Ausführungsbeispiel die innenliegende (metallische) Führungsschiene als geerdete Gegenelektrode verwendet werden. An einer Stirnseite des U-förmigen Führungswagens 52 können auf der Oberfläche der Führungsschiene 54 gegenüberliegenden Innenflächen des Füh- rungswagens 52 Aufladungselektroden 56 angeordnet sein, um eine berührungslose U-förmige stirnseitige Abdichtung der Linearführung 50 zu erhalten.
Mit dem im Vorausgehenden beschriebenen Abdichtungskonzept sind vorteilhaft auch besonders hohe Anforderungen an Abdichtungen, beispielsweise gegen Staub und Feuchtigkeit, insbesondere bei Linearführungen und/oder Linearmotoren, erfüllbar. Durch den Einsatz eines Ionenwindes zwischen einer Aufladungselektrode und der Gegenelektrode kann eine nicht schleifende, nicht Sperrluft nutzende berührungslose Dichtung für Linearführungen realisiert werden, die einen Eintrag schädlicher Substanzen in einen Spalt, beispielsweise zwischen Führungsschiene und Führungswagen, verhindern kann. Bei Ausführungsbeispielen ist dazu an einem sich bewegenden Bauteil mindestens eine, als Spitze ausgebildete Elektrode angeordnet. Das sich relativ zu dem bewegenden Bauteil in Ruhe befindliche Bauteil kann vollständig, mindestens aber an seiner Oberfläche, die einen Teil des Spaltes bildet, als Gegenelektrode ausgebildet sein.
Bezugszeichenliste
10 Vorrichtung zum Abdichten eines veränderbaren Spalts
1 1 veränderbarer Spalt
12 erstes Bauteil
13 B e wegungsrichtung
14 zweites Bauteil
15 Hochspannungsquelle
16 Aufladungselektrode
17 Gegenelektrode
18 E-Feld, berührungsloser Dichtbereich
19 abzuhaltender Partikel
20 Vorrichtung zum Abdichten eines veränderbaren Spalts
21 Umgebung der Aufladungselektrode
36 Elektrodenarray
46 Elektrodenlippe
50 Linearsystem
51 U-förmiger Spalt
52 Führungswagen
54 Führungsschiene

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Konzept zum Abdichten eines sich dynamisch verändernden Spalts
1. Eine Vorrichtung (10; 20) zum Abdichten eines sich dynamisch verändernden Spalts (1 1) zwischen einer Oberfläche eines ersten Bauteils (12) und einer Oberfläche eines sich relativ zu dem ersten Bauteil (12) translatorisch in eine Bewegungsrichtung (13) bewegenden zweiten Bauteils (14), mit folgenden Merkmalen: einer an der Oberfläche des ersten Bauteils (12) angeordneten und an einen Pol einer Hochspannungsquelle (15) anschließbaren Elektrode (16); einer an der Oberfläche des zweiten Bauteils (14) angeordneten und sich flächig entlang der Bewegungsrichtung (13) erstreckenden Gegenelektrode (17); wobei die Elektrode (16) und die Gegenelektrode (17) derart relativ zueinander translatorisch entlang der Bewegungsrichtung (13) bewegt werden können, dass ein sich zwischen der Elektrode (16) und der Gegenelektrode (17) ausgebildetes und mitbewegtes elektrisches Feld (18) auf polarisierbare oder ionisierbare Partikel (19), die in Richtung des abzudichtenden Spalts (1 1) vordringen, derart wirkt, dass diese von dem abzudichtenden Spalt (1 1) abgehalten werden.
2. Die Vorrichtung (10; 20) zum Abdichten nach Anspruch 1, wobei die Elektrode (16) und/oder die Gegenelektrode (17) ausgebildet sind, um zwischen der Elektrode (16) und der Gegenelektrode (17) ein inhomogenes elektrisches Feld (18) zu erzeugen.
3. Die Vorrichtung (10; 20) zum Abdichten nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrode (16) und die Gegenelektrode (17) an gegenüberliegenden und den Spalt (1 1) begrenzenden Flächen des ersten und des zweiten Bauteils (12; 14) ausgebildet sind.
4. Die Vorrichtung (10; 20) zum Abdichten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Bauteil (14) zumindest an seiner Oberfläche, die eine Begrenzung des abzudichtenden Spaltes (1 1) bildet, wenigstens teilweise als Gegenelektrode (17) ausgebildet ist.
5. Die Vorrichtung (10; 20) zum Abdichten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen zu der flächig ausgebildeten Gegenelektrode (17) an einer gegenüberliegenden Oberfläche des Spalts (1 1) und parallel zu der Gegenelektrode (17) angeordneten Elektrodenarray (36) aufweist, der sich senkrecht zu der Bewegungsrichtung (13) erstreckt und der ausgebildet ist, um den Spalt (1 1) zwischen der Oberfläche des ersten Bauteils (12) und der Oberfläche des zweiten Bauteils (14) vermittels des mit dem Elektrodenarray (36) erzeugten elektrischen Felds (18) flächig abzudichten.
6. Die Vorrichtung (10; 20) zum Abdichten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrode (16) wenigstens eine Stabelektrode aufweist.
7. Die Vorrichtung (10; 20) zum Abdichten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die die Elektrode (16) wenigstens eine Korona- Aufladungselektrode aufweist.
8. Die Vorrichtung (10; 20) zum Abdichten nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zusätzlich die Hochspannungsquelle (15) aufweist, die ausgebildet ist, um eine Spannung in einem Bereich von 1 kV bis 100 kV, insbesondere in einem Bereich von 3 kV bis 12 kV, zu erzeugen.
9. Eine Linearführung (50) mit einer Vorrichtung (10; 20) zum Abdichten eines sich dynamisch verändernden Spalts (51) zwischen einer Oberfläche eines Führungswagens (52) und einer Oberfläche einer sich relativ zu dem Führungswagen (52) translatorisch bewegenden Führungsschiene (54), nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Ein Verfahren zum Abdichten eines sich dynamisch verändernden Spalts (1 1) zwischen einer Oberfläche eines ersten Bauteils (12) und einer Oberfläche eines sich relativ dazu translatorisch in eine Bewegungsrichtung (13) bewegenden zweiten Bauteils (14), mit folgenden Schritten:
Anordnen, an der Oberfläche des ersten Bauteils (12), einer an einen Pol einer Hochspannungsquelle (15) anschließbaren Elektrode (16);
Anordnen, an der Oberfläche des zweiten Bauteils (14), einer sich flächig entlang der Bewegungsrichtung erstreckenden Gegenelektrode (17); sodass die Elektrode (16) und die Gegenelektrode (17) derart relativ zueinander translatorisch in die Bewegungsrichtung (13) bewegt werden können, dass ein sich zwischen der Elektrode (16) und der Gegenelektrode (17) ausgebildetes und mitbewegtes elektrisches Feld (18) auf polarisierbare oder ionisierbare Partikel (19), die in Richtung des abzudichtenden Spalts (1 1) vordringen, derart wirkt, dass diese von dem abzudichtenden Spalt (1 1) abgehalten werden
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