Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dichtungsteil mit einem Dichtungselement, insbesondere einer bevorzugt ringförmigen Flachdichtung oder einer Flachdichtung mit Konturgeometrie, das über mindestens eine Dichtungselementfläche zur Anlage an eine Dichtfläche eines Bauteils und zur Abdichtung derselben verfügt.

Dichtungselemente werden im Stand der Technik in vielfältiger Form und Ausprägung weithin eingesetzt. Beispielsweise, um Verbindungs- bzw. Dichtflächen, wie etwa die entsprechenden Flächen von Verbindungsflanschen, von miteinander zu verbindenden Flüssigkeits- oder Gasleitungen verschiedenster Art mediendicht gegeneinander abzudichten. Ähnliches gilt für die Abdichtung von Gefäßen jeglicher Art zur Aufnahme von Flüssigkeiten oder Gas gegenüber Stopfen, Deckeln etc. für diese Gefäße.

Dichtungselemente sind regelmäßig Verschleißteile, die unter anderem durch mechanische und chemische Beanspruchungen sowie Alterungseffekte schadhaft werden können. Schadhafte Dichtungselemente können bekanntermaßen zu hohen Folgeschäden führen, insbesondere wenn die Schadhaftigkeit erst spät erkannt wird.

Im Stand der Technik ist vereinzelt bekannt geworden, Dichtungselementen Sensoren zuzuordnen, beispielsweise Kraftsensoren, um solche Schäden zu erkennen, vergleiche die EP 2 801 739 A2.

Die Lösungen des Standes der Technik sind entweder aufwendig, kostenintensiv oder verändern die standardmäßigen Dimensionen des Dichtungselements in nachteiliger Weise.

Ausgehend hiervon ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dichtungsteil mit einem Dichtungselement der eingangs genannten Art anzugeben, dessen bevorstehende oder bereits eingetretene Schadhaftigkeit frühzeitig erkannt werden kann, ohne dass dabei die (Standard-)Dimensionen des Dichtungselements zwingend in besonderer Weise verändert werden (müssen) oder ohne dass die Dichtungswirkung des Dichtungselements maßgeblich reduziert wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Dichtungsteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Danach ist ein erfindungsgemäßes Dichtungsteil der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsteil eine Foliensensoreinheit aufweist mit mindestens einem Sensorelement zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Dichtungselements, wobei die Foliensensoreinheit entweder ganz oder teilweise (lösbar oder bevorzugt unlösbar) an einer Außenseite des Dichtungselements angeordnet ist - insbesondere an der Dichtungselementfläche, die an der jeweiligen Dichtfläche des jeweils abzudichtenden Bauteils anliegt - oder wobei die Foliensensoreinheit ganz oder teilweise in das Dichtungselement integriert ist.

Diese Anordnung einer ihrer Natur nach äußerst dünnen und flexiblen Foliensensoreinheit an der Außenseite des Dichtungselements oder diese Integration einer solchen Einheit in das Dichtungselement ermöglicht es, einerseits bereits vorliegende oder entstehende Schäden des Dichtungselements frühzeitig zu erkennen, indem das Sensorelement des Foliensensors ein oder mehrere geeignete Parameter des Dichtungselements erfasst, die auf derartige Schäden hinweisen können, und andererseits dessen (Standard-)Dimensionen oder Abmessungen unverändert oder nahezu unverändert lassen können.

Zweckmäßigerweise kann die Foliensensoreinheit mindestens ein flexibles, vorzugsweise dehnbares Folienstück aufweisen, das über mindestens eine elektrische Leitung oder Leiterbahn verfügt, vorzugsweise über mindestens zwei elektrische Leitungen/Leiterbahnen, mit der wiederum das Sensorelement elektrisch (mittelbar oder unmittelbar) verbunden ist.

Vorzugsweise ist das Sensorelement dabei ebenfalls an oder in dem flexiblen Folienstück angeordnet bzw. Bestandteil desselben. Insbesondere ist es in einem Bereich des flexiblen Folienstücks an oder in diesem angeordnet, in dem das flexible Folienstück an der Dichtungselementfläche anliegt.

Grundsätzlich ist aber auch denkbar, dass das Sensorelement nicht an oder in dem flexiblen Folienstück angeordnet ist, sondern nur mittelbar über ein oder mehrere elektrische Leitungen und/oder elektrische Anschlusskontakte des Folienstücks mit dem Folienstück verbunden ist.

Was das flexible Folienstück betrifft, so kann es genau eine Lage aus einem flexiblen Folienmaterial aufweisen oder mehrere übereinander angeordnete Lagen aus jeweils einem flexiblen Folienmaterial. Eine, mehrere oder jede Lage kann dabei aus einem Kunststoff-Folienmaterial ausgebildet sein, insbesondere aus EPDM.

Das flexible Folienstück kann vorzugsweise an der Dichtungselementfläche des Dichtungselements lösbar oder unlösbar befestigt sein und diese Dichtungselementfläche in einem Überdeckungsbereich - bevorzugt unter Anlage an die Dichtungselementfläche - ganz oder teilweise überdecken.

Was die von dem/den (Außen-)Rand/Rändern bestimmte (Außen-)Kontur und/oder die Form des Folienstücks betrifft, so kann diese in einem Bereich, vorzugsweise in dem Überdeckungsbereich, an die Kontur und/oder Form des Dichtungselements anpasst sein, insbesondere an die Kontur und/oder Form der Dichtungselementfläche. Insbesondere kann sie mit der Kontur und/oder Form des Dichtungselements im Wesentlichen übereinstimmen.

Beispielsweise kann die Dichtungselementfläche ringförmig oder kreisförmig oder mehreckig ausgebildet sein oder eine (sonstige) Konturgeometrie aufweisen. Das Folienstück kann dann an dieser Dichtungselementfläche befestigt sein, diese dabei ganz oder teilweise überdecken und zudem in dem Überdeckungsbereich - wie die darunter liegende Dichtungselementfläche - ringförmig oder kreisförmig oder mehreckig ausgebildet sein oder die Konturgeometrie aufweisen.

Weiter kann vorgesehen sein, dass das Folienstück in einem Bereich, insbesondere in dem Überdeckungsbereich, zwei separate Folienstückarme aufweist mit jeweils einem freien Ende. Dabei kann die Dichtungselementfläche beispielsweise ringförmig ausgebildet sein, wobei jeder Folienstückarm einem teilringförmigen Abschnitt der Dichtungselementfläche zugeordnet ist und diesen ganz oder teilweise überdeckt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Foliensensoreinheit eine insbesondere streifenförmige, vorzugsweise die mindestens eine elektrische Leitung oder Leiterbahn umfassende, insbesondere mit dem Folienstück vorzugsweise einstückig verbundene Kontaktlasche aufweisen, über die die Foliensensoreinheit elektrisch kontaktierbar ist.

Die Kontaktlasche kann vorzugsweise mindestens in einem Abschnitt aus dem Bereich des Dichtungselements herausgeführt sein bzw. über diesen mindestens teilweise insbesondere seitlich herausragen, vorzugsweise entlang eines Abschnitts mit einer Länge von mindestens 0,5 cm.

Das Dichtungselement kann des Weiteren über eine zweite, insbesondere der ersten Dichtungselementfläche gegenüberliegende, vorzugsweise in einer parallelen Ebene angeordnete Dichtungselementfläche verfügen zur Anlage an eine oder die Dichtfläche eines abzudichtenden Bauteils und zur Abdichtung der Dichtfläche, und wobei an den beiden Dichtungskörperflächen jeweils eine Foliensensoreinheit anliegt und/oder befestigt ist. Dabei können entsprechend beide Foliensensoreinheiten jeweils so ausgebildet sein wie vorstehend oder nachstehend beschrieben bzw. eine oder mehrere der beschriebenen Merkmale aufweisen.

Weiter kann entsprechend der oben genannten Alternative auch vorgesehen sein, dass die Foliensensoreinheit mit Ausnahme von mindestens Teilbereichen der Kontaktlasche und/oder der mindestens einen Leitung oder Leiterbahn und/oder des Sensorelements allseitig in das Dichtungselement eingebettet ist, nämlich von dem Material des Dichtungselements umgeben ist.

Was das Sensorelement des Foliensensors betrifft, so kann die Foliensensoreinheit zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Dichtungselements ein insbesondere kapazitives oder piezoresestives Drucksensorelement und/oder ein Temperatursensorelement umfassen. Dabei kann die Foliensensoreinheit beispielsweise mehrere Drucksensorelemente aufweisen zur Messung von lokalen Druckbelastungen des Dichtungselements.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Foliensensoreinheit ein weiteres Sensorelement aufweisen zur Messung mindestens eines Parameters eines flüssigen oder gasförmigen Mediums, mit dem das Sensorelement in Kontakt bringbar ist. Dies insbesondere bei Verwendung des Dichtungsteils zur Abdichtung eines Hohlkörpers, durch dessen Innenraum das Medium durchleitbar ist oder in dessen Innenraum das Medium anordenbar ist.

Vorzugsweise kann dies beispielsweise ein Sensorelement zur Messung des pH-Werts sein, der Temperatur, des Drucks und/oder der Strömungsgeschwindigkeit eines flüssigen oder gasförmigen Mediums.

Das weitere Sensorelement kann dabei an oder in einem sich von dem Dichtungselement weg erstreckenden, mit dem flexiblen Folienstück insbesondere einstückig verbundenen, vorzugsweise aus diesem gebildeten Steg aus Folienmaterial angeordnet sein.

Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass das Dichtungselement als (geschlossener) Dichtungselementring ausgebildet ist, wobei das weitere Sensorelement relativ zu dem Dichtungselementring radial weiter innen angeordnet ist bzw. im Bereich des von dem Dichtungselementring eingeschlossenen oder umgebenen Dichtungselementring-Innenraums.

Dabei kann das weitere Sensorelement an oder in einem mit dem flexiblen Folienstück verbundenen, vorzugsweise aus diesem gebildeten Steg aus Folienmaterial angeordnet sein, der sich von dem Dichtungselementring bis in den Bereich des Dichtungselementring-Innenraums erstreckt.

Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie aus den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigt: Fig. 1 eine Schrägansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dichtungselements mit auf einer Dichtungselementfläche angeordneter Foliensensoreinheit mit einem Sensorelement zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Dichtungselements,

Fig. 2 das Dichtungselement gemäß Fig. 1 teilweise geschnitten,

Fig. 3 eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dichtungselements mit an zwei gegenüberliegenden Dichtungselementflächen angeordneten Foliensensoreinheiten,

Fig. 4 das Dichtungselement gemäß Fig. 3 teilweise geschnitten,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dichtungselements in Schrägansicht mit in dem Dichtungskörper integrierter Foliensensoreinheit,

Fig. 6 das Dichtungselement gemäß Fig. 5 teilweise geschnitten,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dichtungselements in Schrägansicht, bei dem die Foliensensoreinheit eine offene Kontur bzw. Form aufweist,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dichtungselements, bei dem die Foliensensoreinheit einen zusätzlichen Steg aufweist, an dem ein weiteres Sensorelement zur Erfassung von Parametern eines flüssigen oder gasförmigen Mediums angeordnet ist.

Die in den Zeichnungen abgebildeten Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Dichtungsteils 10 verfügen jeweils über ein ringförmiges Dichtungselement 11 mit in diesem Fall (kreis-)ringförmigen Seitenflächen 12a und 12b, die in parallelen Ebenen angeordnet sind. Bei den Seitenflächen 12a und 12b handelt es sich um die Dichtungselementflächen des Dichtungselements 11 , die bei Verwendung des Dichtungsteils 10 bzw. des Dichtungselements 11 an jeweiligen Dichtflächen von einem oder mehreren abzudichtenden Bauteilen anliegen. Beispielsweise an Dichtflächen von Verbindungsflanschen von Rohren oder dergleichen.

Bei dem ringförmigen Dichtelement 11 handelt es sich vorliegend um eine sogenannte Flachdichtung. Die Erfindung ist aber nicht auf solche Flachdichtungen als Dichtungselemente beschränkt. So können auch verschiedenste andere Dichtungselementformen und -arten verwendet werden. Die Erfindung ist auch nicht auf bestimmte Materialien beschränkt, aus denen die Dichtungselemente hergestellt werden. So können unter anderem beispielsweise unterschiedliche Kunststoffmaterialien wie EDPM, PTFE oder andere eingesetzt werden.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte Dichtungsteil 10 weist vorliegend zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Dichtungselements 11 eine Foliensensoreinheit 13 auf.

Derartige Foliensensoren bzw. Foliensensoreinheiten sind im Stand der Technik in ihrem grundsätzlichen Aufbau bekannt.

Vorliegend umfasst die Foliensensoreinheit 13 ein flexibles Folienstück 14, das ein Sensorelement 19 zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Dichtungselements 11 aufweist.

Das flexible Folienstück 14 der Foliensensoreinheit 13 umfasst ein oder mehrere Lagen aus flexibler Folie. In der Regel sitzt das Sensorelement 19 dabei auf einer oder der Folienlage bzw. ist dort befestigt. Es kann durch ein oder mehrere weitere Folienlagen überdeckt sein, dies muss aber nicht sein.

In gleicher Weise sind in der Regel elektrische Leitungen oder Leiterbahnen auf der oder einer Folienlage des Folienstücks 14 angeordnet, beispielsweise aufgedruckt. In Fig. 1 ist exemplarisch eine solche Leiterbahn 18 gezeigt, die zu dem Sensorelement 19 hingeführt ist.

Im vorliegenden Fall der Ausführungsform der Fig. 1 weist das Folienstück 14 zwei Bereiche auf, nämlich einen ersten ringförmigen Bereich 14a und einen zweiten streifenförmigen Bereich bzw. Abschnitt 14b.

Der ringförmige Bereich 14a ist in seiner Form und Kontur an das ringförmige Dichtungselement 11 angepasst. Im vorliegenden Fall derart, dass der ringförmige Bereich 14a unmittelbar auf die ringförmige Dichtungselementfläche 12a passt, ohne diese seitlich zu überragen. Der ringförmige Bereich 14a des Folienstücks 14 ist vorliegend dauerhaft bzw. unlösbar mit der Dichtungselementfläche 12 verbunden bzw. an dieser befestigt. Der ringförmige Bereich 14a des Folienstücks 14 könnte beispielsweise mit der unter ihr angeordneten Dichtungselementfläche 12a verklebt sein.

Dabei überdeckt der ringförmige Bereich 14a des Folienstücks 14 die ringförmige Dichtungselementfläche 12a umlaufend bzw. auf zwei (schmale) Randstreifen.

Der streifenförmige Bereich 14b des flexiblen Folienstücks 14 bildet eine Kontaktlasche oder Kontaktfahne zur Kontaktierung des dem ringförmigen Bereich 14a des Folienstücks 14 zugeordneten Überwachungssensorelements 19. Zu diesem Zweck ist die mindestens eine entsprechende Leiterbahn 18 von dem Sensorelement 19 entlang des streifenförmigen Bereichs 14b nach außen geführt, das heißt in einen Bereich außerhalb des Dichtungselements 11.

Der geringe Aufbau bzw. die geringe Höhe des flexiblen Folienstücks 14, insbesondere des ringförmigen Bereichs 14a, erlaubt es, das Dichtungsteil 10 zum Abdichten an die Dichtflächen eines oder mehrerer der nicht gezeigten separaten Bauteile anzulegen und diese abzudichten und dabei gleichzeitig die Funktionsfähigkeit des Dichtungselements 11 über die Lebensdauer des Dichtungselements 11 zu überwachen. Dies allerdings ohne die Eigenschaften, die Dichtwirkung und die Aufbauhöhe des Dichtungselements 11 maßgeblich zu verändern.

Dabei kann die Foliensensoreinheit 13 über die Kontaktlasche bzw. den streifenförmigen Bereich 14b elektrisch mit einer separaten Auswerte- bzw. Überwachungseinheit verbunden werden, die entsprechende Signale des Sensorelements 19 auswertet und überprüft, ob das Dichtungselement 11 schadhaft ist. Beispielsweise könnte das Sensorelement 19 ein Drucksensor sein, der in der Einbausituation feststellt, ob sich der auf das Dichtungselement 11 wirkende Druck bzw. von diesem ausgehender Gegendruck im Laufe der Einsatzzeit des Dichtungselements 11 verändert.

Denkbar ist alternativ aber auch, dass die Signale des Sensorelements 19 drahtlos an die separate Auswerte- und Überwachungseinheit übertragen werden. Die mindestens eine Leiterbahn 18 bzw. regelmäßig mindestens zwei Leiterbahnen 18 würden dann vornehmlich der Stromversorgung des Sensorelements 19 dienen. Hier sind verschiedenste Konstellationen denkbar, wie der Fachmann des Standes der Technik erkennt.

Zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Dichtungselements 11 sind im Übrigen diverse Arten von Sensorelementen einsetzbar, die verschiedenste Parameter messen können. Entscheidend ist nur, dass dies Sensorelemente bzw. Parameter sind, die Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit des Dichtungselements 11 zulassen. So könnte neben dem Druck beispielsweise auch die Temperatur, die am Ort des Dichtungselements 11 herrscht, ein solcher Parameter sein.

In der Ausführungsform der Fig. 1 ist die Kontaktlasche bzw. der streifenförmige Bereich 14b im Übrigen unmittelbar aus dem flexiblen Folienstück 14 gebildet (einstückig). Dies muss aber nicht so sein.

In dem Beispiel der Fig. 1 ist des Weiteren das Sensorelement 19 dem Folienstück 14 bzw. insbesondere dem ringförmigen Bereich 14a unmittelbar zugeordnet, indem es in oder an dem Folienstück 14, das ein- oder mehrlagig ausgebildet sein kann, angeordnet/befestigt ist. Denkbar ist aber auch, ein separates Sensorelement zu verwenden, das über entsprechende Kontaktstellen des Folienstücks 14b bzw. an dem Folienstück 14 elektrisch kontaktiert wird.

Die Ausführungsformen der Fig. 3 und 4 unterscheiden sich von der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 darin, dass das Dichtungsteil 10 nicht nur eine, sondern zwei Foliensensoreinheiten 13 aufweist, nämlich eine erste Foliensensoreinheit 13a, die der Dichtungselementfläche 12a zugeordnet ist und eine zweite Foliensensoreinheit 13, die der Dichtungselementfläche 12b zugeordnet ist. Entsprechend ist der ringförmige Bereich 14a des flexiblen Folienstücks 14 der einen Foliensensoreinheit 13a auf der Dichtungselementfläche 12a angeordnet und mit dieser fest verbunden und der ringförmige Bereich 14a des flexiblen Folienstücks 14 der anderen Foliensensoreinheit 13b an der Dichtungselementfläche 12b.

Jede Foliensensoreinheit 13 verfügt dabei entsprechend über eine eigene, nach außen geführte Kontaktlasche bzw. einen streifenförmigen Bereich 14b. Hinweis: Aus Vereinfachungsgründen sind das exemplarische Sensorelement 19 und die exemplarisch zu diesem führende Leiterbahn 18 in den Fig. 2-8 weggelassen worden.

Die Ausführungsform der Fig. 7 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 insofern, als dass der Bereich 14a des flexiblen Folienstücks 14 keinen geschlossenen Ring darstellt, sondern einen offenen Ring mit jeweils zwei Folienstückarmen 15a und 15b mit jeweils einem freien Ende 16. Diese offene Form bzw. offene Kontur des Folienstücks 14 ermöglicht es, die Foliensensoreinheit 13 auch während sie sich in einer Einbausituation befindet, von dem Dichtungselement 11 zu entfernen. Jedenfalls für den Fall, dass eine lösbare Verbindung zwischen den Folienstückarmen 15a, 15b und der Dichtungselementfläche 12a vorgesehen wird.

Die Ausführungsform der Fig. 8 unterscheidet sich von der Ausführungsform 1 und 2 dadurch, dass das flexible Folienstück 14 einen in diesem Fall nach innen gerichteten Steg 17 aufweist, der vorliegend einstückig mit dem ringförmigen Bereich 14a verbunden ist, d.h. Teil des Folienstücks 14 ist. Dies muss aber nicht so sein.

An dem Steg 17 kann mindestens ein weiteres Sensorelement 20 angeordnet sein (im vorliegenden Beispielsfall sind zwei Sensorelemente 20 gezeigt), mit dem beispielsweise ein oder mehrere Parameter eines flüssigen oder gasförmigen Mediums gemessen werden können, das durch den von dem Dichtungselement 11 umschlossenen Innenraum strömt oder sich dort befindet. Beispielsweise könnte das Dichtungselement 11 zwischen zwei Verbindungsflanschen von zwei Rohrleitungen angeordnet sein, die im Flanschbereich miteinander verbunden sind. Durch die Rohrleitungen fließendes Medium würde dann das jeweils an dem Steg angeordnete Sensorelement 20 umspülen oder umströmen. Als zu messende Parameter kämen unter anderem der pH-Wert, die Temperatur, der Druck und/oder der Strömungsgeschwindigkeit eines bzw. des flüssigen oder gasförmigen Mediums in Frage.

Die Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von der Ausführungsform der Fig. 1 und 2 dadurch, dass das flexible Folienstück 14 der Foliensensoreinheit 13 nicht außen an der Dichtungselementfläche 12a (oder 12b) angeordnet bzw. befestigt ist, sondern in das Dichtungselement 11 integriert ist, nämlich allseitig von dem Material des Dichtungselements 11 umschlossen ist bzw. in dieses eingebettet ist, und zwar vorliegend bis auf einen Abschnitt/Bereich des streifenförmigen Bereichs 14b, der aus dem Material nach außen geführt ist. In diesem Fall würde die Foliensensoreinheit 13 während der Herstellung des Dichtungselements 11 in dieses eingebracht werden, während bei den anderen gezeigten Ausführungsformen auch eine nachträgliche

Befestigung der Foliensensoreinheit 13 an dem ringförmigen Dichtungselement 11 denkbar ist.

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Bezugszeichenliste

10 Dichtungsteil

11 ringförmiges Dichtungselement

12a Dichtungselementfläche

12b Dichtungselementfläche

13 Foliensensoreinheit

13a Foliensensoreinheit

13b Foliensensoreinheit

14 flexibles Folienstück

14a ringförmiger Bereich

14b streifenförmiger Bereich

15a Folienstückarm

15b Folienstückarm

16 freies Ende

17 Steg

18 Leiterbahn

19 Sensorelement zur Überwachung des Dichtelements

20 Sensorelement zur Überwachung eines Mediums