-
Für das Abdichten,
insbesondere von Wellendurchführungen
sind verschiedene Dichtungen bekannt. Sehr verbreitet sind Simmerringe,
O-Ringe und dergleichen, deren Einsatzgebiete erheblich sind. Allen
Dichtungen gemeinsam ist, dass sie Verschleißartikel sind und bei Verlust
der Dichtfunktion ausgetauscht werden müssen. Auftretende Leckagen
sind zu verhindern, weil hierdurch in einer Reihe von Anwendungsfällen großer Schaden
entstehen kann. Es besteht deshalb die Forderung, eine ungewollte
Leckage, sei es einer Flüssigkeit
oder von Gasen, rechtzeitig zu erkennen, damit die defekte Dichtung
ausgewechselt werden kann.
-
In
der
DE 197 24 308
A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln der Ausfallwahrscheinlichkeit
und/oder der theoretischen Restlebensdauer einer Gleitringdichtung
sowie die Ausbildung der Gleitringdichtung für dieses Verfahren behandelt.
Um eine frühzeitige Erkennung
von Risiken zu ermöglichen,
wird ein Diagnosesystem als Messsystem in die Gleitringdichtung
integriert. Um die Ausfallwahrscheinlichkeit der Dichtung zu ermitteln,
wird eine Vielzahl von Sensoren zur Messung von Drücken, Temperaturen
und auch anderen Größen benötigt. Die
Messwerte werden einer Auswerte- und/oder Anzeigeeinheit zugeführt und
in einem Rechner ausgewertet. Das Verfahren und auch die zur Durchführung erforderliche
Vorrichtung ist relativ aufwendig und deshalb nur bei teuren Apparaturen
sinnvoll einsetzbar.
-
Eine
andere Möglichkeit
zur Ermittlung eines Flüssigkeitslecks
ist in der
DE 2 410
696 A bekannt geworden. Dort wird auf eine Dichtung eine
latent leuchtende Substanz aufgebracht, die mit der aus dem Dichtungsteil
auslaufenden Flüssigkeit
Licht bestimmter Wellenlänge
erzeugen kann. Als latent leuchtende Substanz wird ein fluoreszierender
Stoff verwendet, der ein Fluoreszenzlicht produziert, wenn er mit
der auslaufenden Flüssigkeit
in Verbindung tritt.
-
Darstellung
der Erfindung
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung
der Leckage an einer Dichtung zu schaffen, insbesondere an einer
Radialwellendichtung mit Simmerringen, die in ihrem Aufbau einfach
und kostengünstig
ist und die eine sichere Anzeige einer Leckage ergibt. Die Lösung der
gestellten Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die
Ansprüche
2 bis 5 zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Die
erfindungsgemäße Dichtung
ist mit einer Stoffschicht als Depot versehen, die aus einem saugfähigen Material
aus einem Vlies, Filz, Gewebe oder Schwamm ausgebildet und mit im
verwendeten Fluid lösbaren
Pigmenten versehen ist, die bei Kontakt mit dem Fluid, sei es mit
einer Flüssigkeit
oder einem Gas, im Depot eine Änderung
der optischen Eigenschaften hervorruft. Benachbart zum Depot ist
ein optisches System vorhanden, welches die eingetretenen Veränderungen
der optischen Eigenschaften des Depots sensiert. Die wesentlichen
Bestandteile des optischen Systems sind eine einen Lichtstrahl aussendende
Sendediode und ein den Lichtstrahl empfangender Empfangstransistor
oder eine Empfangsdiode. Das Depot selbst kann der Situation angepasst
aus unterschiedlichem Material bestehen. So kann es lichtdurchlässig sein,
wenn die Sendediode auf der einen Seite des Depots und der Empfangstransistor
auf der gegenüberliegenden
anderen Seite des Depots angeordnet sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist das Depot jedoch mit einer reflektierenden Oberfläche versehen,
und die Sendediode als auch der Empfangtransistor sind beide auf der
gleichen Seite des Depots neben der reflektierenden Oberfläche angebracht
und so ausgerichtet, dass die Strahlen der Sendediode von der Oberfläche reflektiert
werden und auf den Empfangstransistor gerichtet sind.
-
Die
Sendediode und der Empfangstransistor sind in einem sehr geringen
Abstand zum Depot vorzugsweise von 0,5 bis 2 mm angebracht.
-
Für das Depot
werden Materialien verwendet, die eine möglichst starke Änderung
ihrer optischen Eigenschaften ergeben, wenn sie mit dem Fluid in
Berührung
kommen. Das Depot wird aus einem saugfähigen Material, zum Beispiel
einem Vlies, Filz, Gewebe, Schwamm oder dergleichen hergestellt. Getränkt mit
einer Flüssigkeit
erhält
das Depot eine andere optische Eigenschaft als im trockenen Zustand.
Möglich
ist aber auch, das Depot aus einem Material mit einer leicht benetzbaren
Oberfläche
zu bilden. Hierdurch wird eine besonders effektive Wahrnehmung der
veränderten
optischen Eigenschaften, wie Farbe, Kontrast und Reflektionsverhalten
erreicht. Diese Veränderungen
können
sehr gut mit einem optischen System sensiert werden, indem die Lichtdurchdringung
oder das Reflektionsverhalten gemessen wird. Das anzuwendende Licht
ist dem einzelnen Anwendungsfall anzupassen. Es kann Tageslicht,
Infrarotlicht, UV-Licht und Laser-Licht zur Anwendung kommen. Vorteilhaft
ist die Verwendung von Lichtarten, die bei dem Anwendungsfall nur
geringen Störungen
unterliegen. Im Vergleich mit anderen Messmöglichkeiten, beispielsweise
mit der Messung der sich verändernden
elektrischen Eigenschaften wie Leitwert, Elektrizitätskonstante
usw. bei einem Depot werden mit dem neuen Verfahren erheblich bessere
Werte erreicht. Die elektrischen Eigenschaften des Depots ändern sich
bei einer Benetzung des Depots in den meisten Fällen nur geringfügig beziehungsweise
diese Änderungen
sind von temperaturbedingten Änderungen
nur sehr schwer oder gar nicht zu unterscheiden.
-
Zur
Unterstützung
und Verstärkung
der Änderung
der optischen Eigenschaften im Depot ist das Depot mit im verwendeten
Fluid lösbaren
Pigmenten versehen, die bei Kontakt mit Fluid im Depot die gewollte Änderung
der optischen Eigenschaften hervorrufen.
-
Für sensible
Messvorgänge
ist es günstig, wenn
der freie Raum zwischen der Sendediode mit dem Empfangstransistor
und dem Depot eingekapselt ist. Dadurch wird einer Verschmutzung
des Sensors und der Lichtstrecke zum Beispiel durch Staub, Rauch
oder Dampf entgegengewirkt, welche die Funktion der Leckagesensierung
beeinträchtigen könnte. Bei
einem lichtdurchlässigen
Depot, bei dem die Sendediode und der Empfangstransistor an verschiedenen
Seiten des Depots angebracht sind, sind die freien Räume zwischen
Diode und Depot sowie zwischen Transistor und Depot einzukapseln.
Bei einem Depot mit einer reflektierenden Oberfläche können Sendediode und Empfangstransistor
zusammengefasst sein und der Raum zwischen ihnen und dem Depot eingekapselt
werden.
-
Eine
andere Möglichkeit
zur Vermeidung von Verschmutzungen sieht vor, dass der freie Raum
zwischen Sendediode und Empfangstransistor sowie Depot mit einem
das Sensorlicht durchlassenden optischen Vermittler ausgefüllt ist.
Ein solcher optischer Vermittler kann beispielsweise Glas, Silikon,
ein Kunststoff oder dergleichen sein. Er deckt in erster Linie den
Raum zwischen der Diode und dem Transistor sowie dem Depot ab. Es
ist aber auch möglich, dass
der optische Vermittler das gesamte Depot überdeckt.
-
Eine
weitere, vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgedankens besteht
darin, dass ein zweites optisches System vorgesehen ist, welches
als Referenzsignalgeber wirkt. Das erste optische System misst Veränderungen
am Depot die durch eine Leckage auftreten. Das zweite optische System dagegen
ist auf ein Depot gerichtet, welches getrennt vom ersten Depot ist
und zu dem die Leckage keinen Zutritt hat.
-
Gegebenenfalls
kann auch ergänzend
zum ersten optischen System ein Temperatursensor zur Temperaturkompensation
vorgesehen sein. Viele Dichtungen unterliegen einer beträchtlichen
Erwärmung,
wodurch auch eine Veränderung
an den optischen Messdaten eintreten kann. Dieses kann durch einen
Temperatursensor kompensiert werden.
-
Die
detaillierte konstruktive Ausbildung des Depots und des beziehungsweise
der optischen Systeme hängt
vom Einsatzgebiet und den an der Dichtung gegebenen Verhältnissen
ab. Dabei ist es günstig,
wenn das Depot als Ring ausgebildet und auf der Stirnfläche der
Dichtung angebracht wird. Dieses erlaubt auch eine günstige Anbringung
des beziehungsweise der optischen Systeme.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnung
-
In
der Zeichnung sind schematisch verschiedene Ausbildungen und Anwendungsmöglichkeiten von
Depot und optischen Systemen dargestellt.
-
Es
zeigt:
-
1 eine
Sendediode und Empfangstransistor bei einem lichtdurchlässigen Depot,
-
2 eine
Anordnung von Sendediode mit Empfangstransistor bei einem Depot
mit reflektierender Oberfläche,
-
3 eine
Sendediode mit Empfangstransistor mit Depot sowie einem eingekapselten
freien Raum zwischen den Teilen,
-
4 eine
Ausbildung mit einem optischen Vermittler,
-
5 ein
Depot mit zwei optischen Systemen, wobei das zweite optische System
ein Referenzsignalgeber ist und
-
6 einen
Schnitt durch einen Simmerring mit Depot und optischem System.
-
Ausführung der
Erfindung
-
In
den 1 ist der prinzipielle Aufbau der Leckagesensierung
dargestellt. In eine nicht näher gezeigte
Dichtung ist das Depot 1 eingefügt. Das optische System 2 besteht
aus der Sendediode 3, welche den Lichtstrahl 4 zum
Empfangstransistor 5 aussendet. Im dargestellten Beispiel
ist das Depot 1 lichtdurchlässig und die Sendediode 3 auf
der Oberseite des Depots 1 und der Empfangstransistor 5 auf
der Unterseite des Depots 1 angeordnet. Der Empfangstransistor 5 misst
die Stärke
des Lichtstrahls 4, welche das Depot 1 durchdringt.
Sobald das Depot 1 von einer Flüssigkeit überdeckt oder durchdrungen
wird, verändert
sich die Lichtdurchdringung und der Empfangstransistor 5 zeigt
diese Änderung
an beziehungsweise gibt ein entsprechendes Signal an ein Anzeige-
oder anderes Messgerät.
-
Die 2 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der die Sendediode 3 und der Empfangstransistor 5 über die
Reflektion der Oberfläche 6 des
Depots 1 miteinander kommunizieren. Der Lichtstrahl 4 wird von
der Oberfläche 6 reflektiert
und im Empfangstransistor 5 gemessen. Diese Ausführungsform
ist dann angebracht, wenn die Einfügung des Depots 1 in
die Dichtung die Anbringung von Sendediode 3 und Empfangstransistor 5 von
nur einer Seite erlaubt.
-
Bei
verschiedenen Anwendungen der Vorrichtung können Messfehler auftreten,
wenn im Bereich der Sendediode 3, des Empfangstransistors 5 und
auch im freien Raum 7 zwischen letztgenanntem und dem Depot 1 eine
Verschmutzung an den Vorrichtungsteilen beziehungsweise in der Lichtstrecke durch
Staub, Rauch oder Dampf auftritt. In diesem Fall ist es günstig, wie
in der 3, gezeigt, wenn der freie Raum 7 eingekapselt
ist. Der freie Raum 7 wird dann von einer Kapselung 8 eingefasst.
Die Kapselung selbst kann aus einem beliebigen, geeignetem Material
sein. An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass in den Figuren
eine vergrößerte Darstellung
der einzelnen Teile gewählt
worden ist, um ihre Funktionen sichtbar zu machen. In der Praxis
sind die in den Figuren gezeigten Teile erheblich kleiner und der
Abstand zwischen Sendediode 3 beziehungsweise Empfangstransistor 5 und
dem Depot 1 liegt lediglich in der Größenordnung von 1 mm. Eine Kapselung
ist deshalb ohne größeren Aufwand
möglich.
-
Die 4 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der der freie Raum 7 zwischen der Sendediode 3 und dem
Empfangstransistor 5 sowie dem Depot 1 mit einem
das Sensorlicht durchlassenden optischen Vermittler 9 ausgefüllt ist.
Auf diese Weise wird ebenfalls eine mögliche Verschmutzung beziehungsweise
Eintrübung
sicher verhindert. Der optische Vermittler kann beispielsweise Glas,
Silikon oder ein anderer Kunststoff sein.
-
In
der 5 ist neben dem optischen System 2 ein
zweites optisches System 10 vorgesehen, das als Referenzsignalgeber
wirkt. Das Depot 1 ist hierbei mit den Flüssigkeitssperren 11 versehen,
welche verhindern, dass der unterhalb des zweiten optischen Systems 10 liegende
Bereich des Depots 1 mit der Flüssigkeit in Berührung kommt.
Abweichungen in den optischen Eigenschaften im Depot 1,
zum Beispiel durch Alterung oder Temperaturänderung, werden somit zwischen
den optischen Systemen 2 und 10 verglichen und
hieraus entsprechende Signale beziehungsweise Schlussfolgerungen
abgeleitet. Alternativ kann es in einer Reihe von Fällen wünschenswert
sein, wenn eine Temperaturkompensation mittels zusätzlichem
Sensor stattfindet. Hierfür kann
das Depot 1 in der Nähe
des optischen Systems 2 mit dem Temperatursensor 12 versehen
sein, um die Temperatur am Depot 1 zu messen und zur Signalauswertung
des optischen Systems 2 heranzuziehen.
-
In
der 6 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel in Verbindung
mit einem Simmerring 13 dargestellt. Der Simmerring 13 hat
einen ringförmigen Träger 14,
an dem die aus einem Elastomer bestehenden Dichtlippen 15 befestigt
sind. Auf der Außenseite
hat der Träger 14 eine
Umhüllung 16,
mit der er in eine entsprechende Bohrung eines Gehäuses oder
dergleichen eingesetzt ist. Auf der Stirnfläche 17 des Trägers 14 ist
das Depot 1 angebracht. Am Depot 1 befindet sich
das optische System 2 aus Sendediode 3 und Empfangstransistor 5.
Sobald eine Flüssigkeit über Undichtheiten
an der Dichtung 13 zum Depot 1 gelangt, werden
die optischen Eigenschaften des Depots 1 verändert und
es erfolgt eine entsprechende Anzeige. Das Depot 1 ist
als Ring ausgebildet und am Träger 14 angebracht.
Das optische System 2 wird an einer Stelle des Ringumfangs eingesetzt.
Bei einer Vielzahl von Anwendungen reicht der Einsatz nur eines
optischen Systems 2 aus. Es liegt aber im Rahmen der vorliegenden
Erfindung, dass auf dem Ringumfang gegebenenfalls mehrere optische
Systeme 2 eingesetzt werden können, um auch örtlich begrenztere
Leckagen zu erfassen. In der 6 ist auch
die Möglichkeit
dargestellt, dass das Depot 1 mit den Pigmenten 18 versehen
ist, die bei einem Eindringen von Flüssigkeit oder auch Gasen in
das Depot dessen optische Eigenschaften stark verändern. Diese
Pigmente 18 können
in das Depot 1 eingefügt
oder auch auf dessen Oberfläche 6 aufgebracht
sein.