由于具有磁性或导电性,未来的密封件有望监测其自身的磨损、测量力和执行其他功能。密封件大多由弹性体制成,通常称为橡胶。纯橡胶不能处理信号。但在许多情况下,信号处理可能是一种优势,因为密封件通常在机器的中心位置发现,对它们的功能至关重要。出于这个原因,Freudenberg密封技术公司的研究人员正在研究能够将密封用作传感器甚至驱动器的材料。
一种解决方案是将传感器或微芯片集成到密封件中。这使得给海豹配备智慧成为可能。但这种方法也有其局限性。一个完整的部件是一个异物,不能让它损害密封的功能。因此,弗罗伊登堡的工程师们将他们的注意力转向了从材料本身获得智慧的方法。例如,在弹性体中加入特殊的填充物,有助于赋予密封额外的性能(如磁性),甚至可以作为永久磁铁。
另一种方法是将导电填料材料集成到弹性体混合物中。无论哪种情况,关键是要将填料的磁或电特性与高弹性、良好的凝结性能、对温度波动的高耐受能力和良好的介质电阻结合起来,这样才不会损害实际的密封功能。
如果考虑到整个价值链,附加功能的优势可以很快超过增加的制造成本。例如,海豹可以识别出它的磨损程度。这种自我监控也被称为“状态监控”。例如:由导电弹性体和绝缘外层组成的棒密封。外层是密封中的密封唇。当一个电路连接棒和外壳的墙壁,电可以成为一个可测量的变量。当杆密封前后移动时,密封唇磨损。如果导电的基材到达表面,棒子和外壳之间的电路就会闭合——这是LED发出信号的条件。
智能密封使其有可能包含远远超出纯粹自我监控的功能。例如,工程师们正在研究各种密封元件,如用作运动或力传感器的膜片,以及智能u形环,它可以指示施工设备中活塞和气缸的绝对位置。这是可能的所谓的双电弹性体。这个方法包括构建一个像三明治一样的隔膜。所述两层外层由导电弹性体构成,而内层由电绝缘弹性体构成。在物理上,这就产生了一个电容器。当膜片移动时,电容板之间的表面和距离都会发生变化,从而导致电容的变化。这使得测量作用在膜片上的力成为可能。
反之亦然。如果你积极地对双电弹性体施加电压,弹性体就会被压在一起。如果不使用单一的“三明治”,而是使用无数层的整个堆叠结构,弹性体结构就可以取代阀门的功能。当电流被激活时,整个堆栈压在一起,阀门打开。当电流不再施加时,弹性体层返回到“松弛”状态。对阀门的调整可以在连续可变的基础上进行。能量需求低,因为电流只需要在执行功能。尽管这种类型的密封元件距离系列生产还有很长的路要走,但它们显示了该技术的潜力。
智能密封的应用领域是多方面的。它们的一个优点是可以用在任何介质中,因为它们的基础材料适合于特定的应用。但研究人员不仅关注改性基材,还关注智能涂层系统。例如,设计用于温度测量的热铬涂层可以精确地用于密封的热应力点,例如发动机内部。在传统传感器无法使用的地方,这尤其具有优势。这样,密封的设计和材料的选择可以更好地适应特定的应用。
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