发明内容

技术任务

本发明的任务在于提供一种密封装置，所述密封装置具有简单的结构，就制造技术而言可简单且成本有利地制造并且也能够检测密封装置的很小的变化。

另一任务在于描述一种用于监测密封装置的方法，该方法能够可靠地说明密封元件的老化特性和尤其是收缩性(Setzverhalten)。

解决方案

所述任务通过具有权利要求1的特征的密封装置来解决。

根据本发明，已认识到有利的是，间接地测量密封元件的接触应力，即，通过测量在密封元件与待密封构件之间的距离。为此，密封装置具有特殊的结构。

根据本发明的密封装置具有密封元件和待密封构件。密封元件例如可以是密封环。密封元件尤其是可由弹性体制成。待密封构件例如可以是壳体或机器元件。密封元件这样接纳在构件上，使得在密封元件和构件之间存在接触应力并且密封元件具有接触表面，密封元件以该接触表面贴靠在构件上。密封装置还具有用于监测密封元件老化的测量装置。“老化”在此尤其是包括密封元件的收缩性，但也可包括由磨损引起的损耗。

有利的是，在密封元件和构件中分别集成有测量装置的至少一个测量部件。由此实现测量装置的简单、紧凑和不敏感的结构。密封元件的接触表面有利地具有带有多个凹部的表面几何结构。密封元件的测量元件可位于凹部本身中或甚至更深地集成到密封元件中，从而在测量元件和接触表面之间存在另一层密封元件。接触表面在此特别优选位于密封元件与待密封构件之间的高接触应力区域中，即，在那里存在高压紧力。接触表面因此直接位于压紧力的力流中。接触表面优选位于主力锁合(Hauptkraftschluss)中。作为替代方案，它位于副力锁合(Nebenkraftschluss)中。压紧表面位于密封元件的与接触表面相对置的一侧上，压紧力施加到密封元件的该压紧表面上。

在根据本发明的密封装置的有利进一步改进方案中，构件的测量部件以邻接于密封元件接触表面的方式集成在构件中。测量部件例如可以是导电表面或霍尔传感器。如果构件是壳体，则该壳体也可由导电材料制成并且整个壳体可形成测量部件。如果通过电容测量实现距离测量，则可相对于壳体的接地线来测量电容，这有利地简化了测量链的构造。

在密封装置的有利进一步改进方案中，密封元件的测量部件构造为集成在密封元件体积中的结构。该结构尤其是可构造为平面、网格、线或带或体。集成结构可以是导电的或磁性的。如果集成结构是导电的，则能实现电容测量。如果集成结构是磁性的，则借助霍尔传感器在利用霍尔效应的情况下能实现测量。

在根据本发明的密封装置的特别有利且因此优选的进一步改进方案中，集成结构由密封元件的材料在添加添加剂的情况下制成。换句话说，通过局部有限地添加例如导电颗粒或磁性颗粒或磁化颗粒，由密封材料形成导电或磁性结构。

在根据本发明的密封装置中，在集成结构与密封元件的接触表面之间可以存在隔离层，该隔离层尤其是由密封元件的材料、即由密封材料制成。

在一种替代实施方式中，在表面几何结构的凹部中可以存在由密封材料制成的接片、即突起，并且可在接片的端面上施加集成结构。通过这样的设计实现用于距离测量的集成结构更靠近构件的测量部件，并且因此可借助无噪声的测量信号实现更高的测量精度和信号质量。

在密封装置的一种特殊实施方式中，集成结构被引入到表面几何结构的凹部中。这样的密封装置在生产技术方面特别有利，因为可在第一生产步骤中由密封材料制造密封装置并且可在第二生产步骤中通过涂层、喷涂或印刷将所述结构施加到密封装置的凹部中。

在上述密封装置中，表面几何结构可以以其凹部形成凸起、蜂窝、网格、凹槽或切口。凹部尤其是可位于0.5至2mm的量级。

本发明还涉及一种尤其是如上所述的用于监测密封装置的方法，其中，确定密封元件的测量部件与构件的测量部件之间的距离。然后可从测得的距离推断密封元件的老化和尤其是收缩性以及磨损。作为测量方法例如可利用电容测量或利用霍尔传感器中的电流变化。

在根据本发明的用于监测密封装置的方法中，间接检测不同负荷状态下、尤其是两种不同负荷状态下的距离并计算所述距离之间的差。间接测量可通过电容测量或在使用霍尔传感器的情况下进行。如果密封装置构造为阀密封件，则负荷状态可以为“阀打开”和“阀关闭”。当构造为瓣阀的瓣密封件时，负荷状态为“阀瓣打开”和“阀瓣关闭”。已令人惊讶地表明，与测量距离的绝对值相反，评估距离之差能实现更好地说明密封装置的状态。距离的绝对值随着时间的推移仅略微变化并且因此几乎无法评估，但距离的差是更大且可更好评估的值。换句话说，在静态中通过密封元件的松弛引起的几何变化非常小。因此，利用两种负荷状态之间的更大差异。“松弛”在此理解为密封元件的去应力并返回到其未压紧的状态中，或者是塑料或弹性体对作用力的响应特性随时间的变化。一旦作用力移除，这提供时间相关的响应特性并达到最终值或绝对值。该最终值通过老化而改变。

在根据本发明的用于监测密封装置的方法的进一步改进方案中，也可附加地检测密封元件在不同负荷状态之间松弛所需的时间。如果例如使用“阀关闭”和“阀打开”这两种负荷状态，则可检测在阀打开之后密封元件松弛所需的时间。也就是说，检测阀打开并且因此阀瓣不再向密封元件施加压紧力之后密封元件进行去应力的时间。

特别有利的是，将所述距离的/或所述差的/或所述时间的在密封装置投入运行时确定的值存储在测量装置的数据存储器中。也就是说，存储初始值，其适用于新的且完好无损且没有老化现象的密封装置。如果在后来的某个时间点检测所述距离和/或差和/或时间，则可将这些当前值与存储的初始值进行比较。所述距离在负荷状态“阀关闭”中的值也可附加地用于探测在阀瓣和密封元件之间的密封表面的磨损，因为所述距离的值会随着磨损的增加而增加。损耗导致密封元件的尺寸减小，这又导致在阀瓣关闭时产生较小的作用力。

在用于监测密封装置的方法的进一步改进方案中，在存在高于定义和存储的阈值的偏差时或在距离和/或差和/或时间的值的偏移强烈增加时，输出信号。该信号例如可以是报警信号或更换密封元件的请求或自动订购备件等。

本发明还涉及如上所述的密封装置作为瓣阀中的瓣密封件的应用。在此，阀瓣或者说阀片可枢转地设置在密封环内并且密封环在其内径上具有密封表面并且在其外径上接纳在壳体中。接触表面位于密封环的外径和壳体之间，从而在此存在具有凹部的特殊表面几何结构并且测量装置定位于此。

所描述的发明和所描述的本发明的有利进一步改进方案也可在彼此的组合中形成本发明的有利进一步改进方案，只要这在技术上是有意义的。

关于本发明的其它优点和在构造和功能方面有利的实施方式，参见从属权利要求以及参考附图的实施例说明。实施例

应以瓣密封件为例更详细地阐述本发明。当接触应力减小并且低于所施加介质压力的压紧力时，瓣密封件将泄漏。因此，希望在预测性维护的意义上预测密封件什么时候将泄漏，以便客户在发生泄漏之前及时更换密封件。

因此，问题在于：如何尽可能连续地检测接触应力的损失？本发明所基于的思想是，检测可作为长度变化来测量的几何变化。

为了实现足够大的、可通过测量技术检测的长度变化，通过凹部将密封装置结构化，这带来令人惊讶的改进。

模拟表明，在静态中通过物理松弛引起的几何变化非常小。在此，难以分辨仅在这种负荷情况下测量的几何差异。如果考虑阀瓣打开和关闭的负荷情况之间的差异，则会测量到明显更大的差异。在没有老化效应的情况下，这些差异应始终保持不变。

已表明，当凹部较大时，在瓣关闭或打开时发生的长度变化更大。

由于老化、即材料松弛能力(即恢复力)的损失，密封材料在阀瓣打开时将回弹得更慢，其中，这可在变慢的距离变化中测量到(每单位时间t的Δa)。在老化的密封材料中，Δa的绝对水平也将越来越低，因为恢复力由于物理和化学老化而损失。

已认识到有利的是，距离的变化要么在阀瓣的打开状态中能(作为Δa的绝对值)被测量，要么在阀瓣打开时能作为随时间变化的曲线被测量。也就是说，测量密封体在去应力后恢复到其未被加载的形状的速度。