BR102018017230A2 - Disposição de vedação e anel de vedação da mesma - Google Patents

Abstract

disposição de vedação, compreendendo um anel de vedação (1) com pelo menos um lábio de vedação (2) dinamicamente solicitado e um elemento de máquina a ser vedado (3) com uma superfície a ser vedada (4) que conduz eletricidade e é circundada de modo vedante pelo lábio de vedação (2) com tensão prévia radial, onde o anel de vedação (1) apresenta um núcleo (5) de um material que conduz eletricidade (6) e um invólucro (7) de um material eletricamente isolante (8), onde o invólucro (7) apresenta uma espessura de material (9, 10, 11) e envolve o núcleo (5) pelo menos parcialmente, e compreende o lábio de vedação (2) e um detector de desgaste (12), abrangendo um dispositivo de medição elétrico (13) para a determinação do estado de desgaste do anel de vedação (1), onde, observado no corte, a espessura de material (9) do lábio de vedação (2) em direção radial (14) é menor do que a espessura de material (10, 11) do invólucro 7 restante.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para DISPOSIÇÃO DE VEDAÇÃO E ANEL DE VEDAÇÃO DA MESMA. CAMPO TÉCNICO [001 ] A presente invenção refere-se a uma disposição de vedação, compreendendo um anel de vedação com pelo menos um lábio de vedação dinamicamente solicitado e um elemento de máquina a ser vedado com uma superfície a ser vedada que conduz eletricidade e que é circundada pelo lábio de vedação com tensão prévia radial, onde o anel de vedação apresenta um núcleo de um material eletricamente condutivo e um invólucro de um material eletricamente isolante, onde o invólucro apresenta uma espessura de material, circunda pelo menos parcialmente o núcleo, e compreende o lábio de vedação, e um detector de desgaste, compreendendo um dispositivo de medição elétrico para a determinação do estado de desgaste do anel de vedação.

[002] A presente invenção também se refere a um anel de vedação da disposição de vedação conforme descrito acima.

ESTADO DA TÉCNICA [003] Uma disposição de vedação do gênero e um anel de vedação deste gênero são descritos no pedido de patente mais antigo DE 10 2016 012 552.7.

[004] O invólucro eletricamente isolante apresenta uma espessura de invólucro que é constante em todas as áreas da circunferência em torno do núcleo que conduz eletricidade. Nisso, o invólucro apresenta uma espessura de invólucro relativamente pequena e encosta-se superficialmente ao núcleo.

[005] O detector de desgaste compreende um dispositivo de medição elétrico que é executado como um dispositivo de medição capacitivo. Tal princípio de medição baseia-se no fato de que entre a superfície a ser vedada do elemento de máquina a ser vedado e o núcleo do anel

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2/10 de vedação é aplicada uma tensão elétrica, e a capacidade elétrica entre a superfície a ser vedada e o núcleo é determinada. Grandezas de influência da capacidade elétrica são a constante dielétrica do invólucro, bem como a distância radial entre a superfície a ser vedada e o núcleo. Anéis de vedação com um lábio de vedação de um material de vedação, especialmente lábios de vedação dinamicamente solicitados, são sujeitos a desgaste durante o uso apropriado do anel de vedação. Tal desgaste pode fazer com que, primeiro, ocorra um vazamento na disposição de vedação e em seguida, uma falha de todo o sistema de vedação. [006] Se, com o desgaste crescente, mudar a espessura do material do lábio de vedação que é parte integrante do invólucro, também muda a capacidade elétrica entre a superfície a ser vedada e o núcleo do anel de vedação, onde esta alteração da capacidade elétrica é detectada por meio de uma eletrônica de avaliação apropriada.

[007] Conforme é descrito no pedido mais antigo, com isso também podem ser detectadas alterações paulatinas no comportamento operacional do anel de vedação e o desgaste paulatino do lábio de vedação. Portanto, o estado do anel de vedação é monitorado permanentemente.

[008] Uma outra disposição de vedação é conhecida do documento DE 10 2007 007 405 B4. A disposição de vedação conhecida contém um anel de vedação dinamicamente solicitado e um dispositivo elétrico para reconhecer o estado de desgaste do anel de vedação, onde o anel de vedação consiste de um primeiro material de vedação que conduz eletricidade, no qual é disposto um segundo material de vedação que não conduz eletricidade que está em contato de vedação com a superfície a ser vedada de um elemento de máquina a ser vedado. A superfície a ser vedada conduz eletricidade assim como também o primeiro material de vedação.

[009] Com o desgaste completo do segundo material de vedação,

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3/10 a superfície a ser vedada que conduz eletricidade entra em contato com o primeiro material de vedação que também conduz eletricidade, e um circuito para indicar o desgaste completo, isto é, para a indicação da destruição do anel de vedação, é fechado.

[0010] Em uma execução deste tipo de uma disposição de vedação é preciso atentar para que possa ser monitorada uma alteração paulatina do estado do anel de vedação. Por meio do fechamento do circuito é indicado apenas que o anel de vedação não está mais em condições de uso, precisando ser substituído imediatamente.

APRESENTAÇÃO DA PRESENTE INVENÇÃO [0011] A presente invenção baseia-se na tarefa de aperfeiçoar uma disposição de vedação e um anel de vedação do tipo acima mencionado de tal modo que é possível um monitoramento permanente do anel de vedação, de modo que o dispositivo de medição elétrico que é usado para o monitoramento permanente do estado fornece resultados de medição especialmente precisos e que sejam amplamente minimizadas especialmente influências prejudiciais que possam influenciar negativamente a precisão dos resultados da medição, tais como, por exemplo, capacidades de interferências.

[0012] De acordo com a presente invenção, esta tarefa é solucionada com as características das reivindicações 1 e 12. As subrreivindicações descrevem execuções vantajosas.

[0013] Para a solução da tarefa é previsto que, contemplado em corte, a espessura de material do lábio de vedação é menor em sentido radial do que a espessura de material do invólucro restante.

[0014] Nisso é vantajoso que em essência apenas a espessura do material do lábio de vedação que vai diminuindo em sentido radial, condicionado operacionalmente, exerce uma influência sobre o resultado de medição do dispositivo de medição elétrico.

[0015] Com respeito à espessura de material relativamente menor

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4/10 do lábio de vedação, a espessura de material relativamente maior do invólucro restante cuida para que influências de interferência, que poderíam influenciar negativamente a precisão de medição do resultado de medição, sejam praticamente eliminadas. Estas influências de interferência capacitivas indesejadas de áreas vizinhas do lábio de vedação poderíam entrar, sem blindagem, através da espessura de material maior do invólucro restante, na medição para a determinação do estado de desgaste do anel de vedação, e afetaria com desvantagem o resultado de medição. Influências de interferência poderíam partir, por exemplo, da caixa que envolve o anel de vedação ou do meio a ser vedado. Uma captação confiável do respectivo estado de desgaste atual do anel de vedação e, por conseguinte, de toda a disposição de vedação, não seria mais possível então.

[0016] A espessura de material do invólucro preferencialmente é adaptada ao respectivo caso de aplicação de tal modo que lá, onde podem surgir grandezas capacitivas de interferência, a espessura de material do material é maior. Somente em lugares onde ocorre a medição capacitiva propriamente dita, precisamente em um ponto de medição que é delimitado em sentido radial em ambos os lados do lábio de vedação, por um lado, radialmente através da superfície a ser vedada, e por outro lado, radialmente pelo núcleo, a espessura de material do lábio de vedação eletricamente isolante é relativamente a menor.

[0017] Devido ao fato de que nenhuma influência de interferência capacitiva indesejada entra na medição através do dispositivo de medição elétrico, a precisão do resultado de medição é especialmente alta. [0018] O núcleo pode consistir de um material elastômero, especialmente de materiais de vedação convencionais.

[0019] O material elastômero pode ser feito eletricamente condutivo, por exemplo, por meio de partículas que conduzem eletricidade. Estas partículas podem ser, por exemplo, partículas metálicas.

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5/10 [0020] O invólucro também pode consistir de um material elastômero ou de um material de PTFE ou de um outro material polímero, tal como, por exemplo, PTFE, PEEK ou PPS.

[0021] Se o núcleo e o invólucro ambos consistirem de um material elastômero, então o núcleo e o invólucro aderem especialmente bem um ao outro com fecho devido ao material, em virtude do material semelhante do qual consistem.

[0022] Se, em contrapartida, o invólucro consiste de um material PTFE, o lábio de vedação apresenta um coeficiente de fricção estática especialmente baixo e apresenta uma resistência química alta. Um lábio de vedação de um material PTFE é especialmente resistente ao desgaste.

[0023] De acordo com uma execução vantajosa, pode ser previsto que o invólucro restante apresente a maior espessura de material, onde a relação entre maior espessura de material e espessura de material do lábio de vedação é de pelo menos 5, mais preferencialmente, é de 5 até

10. Tal proporção mostra que a espessura de material do material restante é consideravelmente maior do a espessura de material do lábio de vedação. Em virtude da espessura do material relativamente grande e resultante disso, por meio da boa blindagem de capacidades de interferência externas, a alteração do estado do lábio de vedação condicionada operacionalmente, e com isso a alteração do efeito de vedação condicionada pela operação do anel de vedação, e, por conseguinte, de toda a disposição de vedação, pode ser determinada de modo especialmente preciso.

[0024] Uma substituição prematura demais de um anel de vedação que ainda funciona regularmente ou uma danificação / destruição que acontece surpreendentemente para o usuário do anel de vedação não ocorre mais devido à precisão de medição alta.

[0025] A espessura de material do invólucro pode, partindo do lábio

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6/10 de vedação, pelo menos no início, aumentar constantemente. Desta forma são evitadas alterações de direção bruscas que poderíam causar tensões de resiliência no material do anel de vedação e, por conseguinte, uma falha prematura da disposição de vedação.

[0026] O invólucro, contemplado no corte, pode essencialmente ter uma forma de U, e apresentar dois lados frontais que se estendem essencialmente em direção radial, entre as quais, considerado em direção axial, é disposto o núcleo. Dessa forma, o núcleo que conduz eletricidade é praticamente envolvido pelo material eletricamente isolante. Apenas na área do lábio de vedação o invólucro eletricamente isolante apresenta a menor espessura de material. Em todas as demais áreas, precisamente fora do ponto de medição, o invólucro eletricamente isolante apresenta, em contrapartida, uma espessura de material maior, a fim de manter afastadas do ponto de medição capacidades de interferência maiores e de aumentar a precisão de medição.

[0027] De acordo com uma realização vantajosa, pode ser previsto que os lados frontais apresentam respectivamente uma espessura axial, que em essência corresponde à espessura axial do núcleo. Capacidades de interferência que partem, por exemplo, de uma caixa onde o anel de vedação está disposto, são muito bem blindadas contra o ponto de medição através dos lados frontais relativamente grossos do invólucro, do mesmo modo como do núcleo que se encontra axialmente entre os lados frontais.

[0028] O núcleo é executado em forma de anel circular e apresenta no lado voltado radial mente para o lábio de vedação, observado no corte, preferencialmente uma forma em essência congruente com o lábio de vedação.

[0029] O núcleo, no lado radialmente voltado para o lábio de vedação, observado no corte, pode ter uma forma essencialmente cônica.

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Com a ajuda de tal execução, o anel de vedação na sua totalidade apresenta uma construção simples. Através da adaptação do ângulo do cone do núcleo e através da configuração em forma de U do invólucro, a espessura de material desejada do invólucro em torno do ponto de medição e o efeito de blindagem do invólucro podem ser adaptados de modo especialmente simples às respectivas circunstâncias do caso de aplicação.

[0030] Se o ângulo do cone do núcleo no lado voltado radialmente para o lábio de vedação for diminuído, a espessura de material do invólucro fora do lábio de vedação fora do ponto de medição aumenta de modo relativamente rápido, do mesmo modo como a eficácia da blindagem contra capacidades de interferência indesejadas. Mas, se em contrapartida o ângulo do cone for relativamente grande, também o lábio de vedação e com isso o ponto de medição, visto em direção axial, pode ser alargado.

[0031] O anel de vedação pode apresentar em direção axial, centralmente, um plano radial imaginado e pode ser executado de modo simétrico com o plano radial. Nisso, é vantajoso que tal anel de vedação possa ser produzido e montado em ambos os lados na disposição de vedação de maneira especialmente simples. O risco de erros de montagem é minimizado.

[0032] O dispositivo de medição elétrico preferencial mente é executado, como foi descrito acima, como um dispositivo de medição capacitivo para a averiguação constante da espessura de material do lábio de vedação em direção radial. Por meio da determinação constante da espessura do material do lábio de vedação em direção radial, uma falha iminente do anel de vedação manifesta-se tão oportunamente que o usuário da disposição de vedação pode tomar providencias na hora certa, por exemplo, para um conserto rápido.

[0033] Em comparação com um dispositivo de medição elétrico que

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8/10 indica uma falha de um anel de vedação apenas quando de fato já ocorreu, isto é de grande vantagem.

[0034] O dispositivo de medição capacitivo abrange um ponto de medição que é delimitado em direção radial em ambos os lados do lábio de vedação através da superfície a ser vedada, radialmente por um lado, e o núcleo, por outro lado, é delimitado radialmente. Na área do ponto de medição, a espessura de material do lábio de vedação de material eletricamente isolante é a menor.

[0035] A disposição de vedação acima descrita com o anel de vedação acima descrito pode ser usada na hidráulica ou na pneumática, do mesmo modo, na indústria química, na indústria de alimentos e bebidas. A disposição de vedação e o anel de vedação desta podem ser usados, de preferência especial, para a vedação de hastes para válvulas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0036] Nas figuras 1 e 2 são mostrados esquematicamente dois exemplos de execução de disposições de vedação.

[0037] A figura 1 mostra uma disposição de vedação como é descrita no pedido mais antigo acima mencionado.

[0038] A figura 2 mostra um exemplo de execução de uma disposição de vedação de acordo com a presente invenção, onde é usado um anel de vedação de acordo com a presente invenção.

REALIZAÇÃO DA PRESENTE INVENÇÃO [0039] A figura 1 mostra um exemplo de execução como é descrito no pedido mais antigo acima mencionado.

[0040] A disposição de vedação compreende um anel de vedação 1 com um lábio de vedação 2 dinamicamente solicitado que circunda de modo vedante, com tensão prévia radial, uma superfície a ser vedada 4 de um elemento de máquina a ser vedado 3.

[0041 ] A superfície a ser vedada 4 conduz eletricidade.

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9/10 [0042] O anel de vedação 1 compreende um núcleo 5 que é envolvido por um invólucro 7 na área dos seus lados frontais 16,17 e no lado voltado para a superfície a ser vedada 4.

[0043] O núcleo 5 consiste de um material 6 que conduz eletricidade, o invólucro 7, em contrapartida, consiste de um material eletricamente isolante 8.

[0044] Um detector de desgaste 12 é indicado esquematicamente e compreende um dispositivo de medição elétrico 13 para a averiguação do estado de desgaste do anel de vedação 1.

[0045] Observando-se o corte aqui mostrado, o invólucro 7 apresenta na totalidade uma espessura de material 9, 10, 11 constante. A espessura de material 9, do lábio de vedação 2 na área do ponto de medição 23 corresponde à espessura de material 10 fora do ponto de medição 23.

[0046] A fim de manter afastadas do ponto de medição 23 as capacidades de interferência externa, por exemplo, da caixa 24 ou do meio e ser vedado 25, a disposição de vedação de acordo com a presente invenção é prevista com o anel de vedação de acordo com a presente invenção.

[0047] A figura 2 mostra um exemplo de execução da disposição de vedação de acordo com a presente invenção, com um anel de vedação de acordo com a presente invenção. Ao contrário do anel de vedação 1 da figura 1, o anel de vedação 1 da figura 2 apresenta um invólucro 7 onde, observado no corte aqui mostrado, a espessura de material 9 do lábio de vedação 2 em direção radial 14 é menor do que a espessura de material 10, 11 do invólucro 7 restante. Em virtude da espessura de material 10, 11 relativamente maior fora do ponto de medição 23, o dispositivo de medição elétrico 13 é blindado contra influências elétricas de interferência. Dessa forma, o resultado de medição se torna muito mais preciso e permite conclusões confiáveis a respeito do estado atual do

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10/10 anel de vedação, especialmente o estado do lábio de vedação 2.

[0048] No exemplo de execução aqui mostrado, o invólucro 7 restante apresenta uma espessura de material 11 máxima, onde a relação de espessura de material 11 máxima e espessura de material 9 do lábio de vedação 2 é de aproximadamente 7 até 8.

[0049] Partindo do lábio de vedação 2, a espessura de material 10, 11 do invólucro 7 aumenta constantemente em direção radial 14 e axial 15, tanto até que o invólucro eletricamente isolante 7 converte-se nos lados frontais 16, 17 que se estendem em direção radial 14. Nos lados frontais 16, 17, a espessura de material 10, 11 do invólucro 7 é constante e máxima.

[0050] Os lados frontais 16, 17 apresentam respectivamente uma espessura máxima 18,19 que corresponde à espessura axial 20 do núcleo 5. Com isso, o núcleo 5 é especialmente bem blindado contra a influência de capacidades de interferência indesejadas.

[0051] O anel de vedação 1 pode ser produzido de maneira especialmente simples e barata e, além disso, pode ser montado com segurança operacional, também porque, em direção axial 15, o mesmo apresenta centralmente em direção axial, um plano radial 21 imaginado com o qual é simétrico.

[0052] Por meio do detector de desgaste 12 com seu dispositivo de medição elétrico 13 que é executado como dispositivo de medição capacitivo 22, a espessura de material 9 do lábio de vedação 2 pode ser determinado constantemente em direção radial. O ponto de medição 23 é delimitado radialmente, por um lado, em direção radial 14 em ambos os lados do lábio de vedação 2, através da superfície a ser vedada 4, e por outro lado, radialmente pelo núcleo 5, onde a superfície a ser vedada 4 e o núcleo 5 consistem respectivamente de um material que conduz eletricidade.

Claims (12)

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REIVINDICAÇÕES

1. Disposição de vedação, compreendendo um anel de vedação (1) com pelo menos um lábio de vedação (2) dinamicamente solicitado e um elemento de máquina a ser vedado (3) com uma superfície a ser vedada (4) que conduz eletricidade e é circundada de modo vedante, com tensão prévia radial, pelo lábio de vedação (2), onde o anel de vedação (1) apresenta um núcleo (5) de um material que conduz eletricidade (8), onde o invólucro (7) apresenta uma espessura de material (9, 10, 11), circundando o núcleo (5) pelo menos parcialmente, e o lábio de vedação (2) compreende um detector de desgaste (12), abrangendo um dispositivo de medição elétrico (13) para a determinação do estado de desgaste do anel de vedação (1), caracterizada pelo fato de que, observado no corte, a espessura de material (9) do lábio de vedação (2) em direção radial é menor do que a espessura de material (10, 11) do invólucro (7) restante.

2. Disposição de vedação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o invólucro (7) restante apresenta uma espessura de material (11) máxima e que a relação de espessura de material (11) máxima e espessura de material (9) do lábio de vedação (2) é de pelo menos 5.

3. Disposição de vedação, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a relação é de 5 até 10.

4. Disposição de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a espessura de material (9, 10, 11) do invólucro (7), partindo do lábio de vedação (2), em direção radial (14) e/ou direção axial (15), pelo menos inicialmente, aumenta continuamente.

5. Disposição de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o invólucro (7), ob

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2/3 servado em corte, apresenta essencialmente uma forma em U, e apresenta dois lados frontais (16, 17) que se estendem em essência em direção radial (14), entre os quais, observado em direção axial (15), é disposto o núcleo (5).

6. Disposição de vedação, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que os lados frontais (16, 17) apresentam respectivamente uma espessura (18,19) axial que em essência corresponde à espessura (20) axial do núcleo (5).

7. Disposição de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o núcleo (5) tem forma de anel circular e apresenta no lado radialmente voltado para o lábio de vedação (2), observado no corte, uma configuração essencialmente congruente com o lábio de vedação (2).

8. Disposição de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o núcleo (5), no lado radialmente voltado para o lábio de vedação (2), observado no corte, tem forma essencialmente esférica.

9. Disposição de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o lábio de vedação (2) apresenta em direção axial (15) centralmente um plano radial (21) imaginado e é simétrico com o plano radial (21).

10. Disposição de vedação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de medição elétrico (13) é executado como dispositivo de medição capacitivo (22) para a determinação contínua da espessura de material (9) do lábio de vedação (2) em direção radial (14).

11. Disposição de vedação, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o dispositivo de medição capacitivo (22) compreende um ponto de medição (23) que é delimitado em direção radial (14), em ambos os lados do lábio de vedação (2), por um lado,

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3/3 radialmente, através da superfície a ser vedada (4), e, por outro lado, radialmente, pelo núcleo (5).

12. Anel de vedação de uma disposição de vedação como definida em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que, observado no corte, a espessura de material (9) do lábio de vedação (2) é menor em direção radial (14) do que a espessura de material (10, 11) do invólucro (7) restante.