DE102006001131A1

DE102006001131A1 - Mittel zur Überwachung des Verschleißes an einer Dichtung für ein Schließglied eines Ventils

Info

Publication number: DE102006001131A1
Application number: DE102006001131A
Authority: DE
Inventors: Maico Ludwig
Original assignee: Tuchenhagen GmbH
Current assignee: GEA Tuchenhagen GmbH
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2006-01-09
Publication date: 2006-08-17

Abstract

Die Erfindung betrifft Mittel zur Überwachung des Verschleißes an einer Dichtung für ein Schließglied eines Ventils, die sicherstellen, dass eine laufende Überwachung des aktuellen Verschleißes der Dichtung und/oder eine Früherkennung des Verschleißes aufgrund aktueller Informationen an der Dichtung gegeben ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Dichtung (1) aus einem elastomeren Polymerwerkstoff hergestellt ist und unter Vorspannung in einer im Schließglied (20) verlaufenden Ringnut (2) dergestalt Aufnahme findet, dass ein Fußteil (1a) der Dichtung (1) in der Ringnut (2) liegt, an welchem sich ein Kopfteil (1b) anschließt, das aus der Ringnut (2) herausragt, dass wenigstens eine Komponente der Öffnungs- und Schließbewegung des Kopfteils (1b) senkrecht zu einer Sitzfläche (3a) gerichtet ist oder der Kopfteil (1b) beim Öffnen und Schließen des Ventils an der Sitzfläche (3a) entlanggleitet, dass in verschleißrelevanten Bereichen der Dichtung (1) eine Sensoranordnung (4) vorgesehen ist, die die Ursache eines Verschleißes der Dichtung (1) und/oder einen Verschleiß der Dichtung (1) erfasst, das Ergebnis in Form eines elektrischen Signals an eine innerhalb der Dichtung (1) angeordnete autonome Auswerte-Einheit (I) übermittelt, und dass die Auswerte-Einheit (I) die ermittelten Informationen drahtlos an einen ortsfesten Datenempfänger (7) in der Umgebung des beweglichen Schließgliedes (20) überträgt (Figur 1).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft Mittel zur Überwachung des aktuellen Verschleißes an einer Dichtung für ein Schließglied eines Ventils und/oder Mittel für eine Früherkennung dieses Verschleißes, insbesondere für Prozessventile in Anlagen der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, der Biotechnologie, der Pharmazie und anderen Anwendungsbereichen mit hohen hygienischen oder sicherheitstechnischen Anforderungen.

Prozessventile für Anlagen der vorgenannten Anwendungsgebiete werden vielfach als sog. Doppelsitzventile ausgebildet. An diesen Doppelsitzventilen stehen in der Regel an den beiden relativ zueinander beweglichen Schließgliedern, die die Verbindungsöffnung zwischen zwei Ventilgehäusen steuern, sog. feindliche Medien an, wie beispielsweise Bier oder Lauge. Um hier im Falle eines Dichtungsdefektes die Vermischung dieser feindlichen Medien zu vermeiden, wird die doppelte Abdichtung über das vorgenannte Doppelsitzventil derart vorgenommen, dass zwischen den auf bzw. in den Schließgliedern jeweils angeordneten Dichtungen bzw. Dichtungsmitteln ein sog. Leckagehohlraum angeordnet ist, der über wenigstens einen Verbindungsweg mit der Umgebung des Ventils verbunden ist. Im Falle einer Leckage an einer der Dichtungen oder im Extremfall an beiden Dichtungen gelangt das über diesen Dichtungsdefekt hindurchtretende Medium zunächst in den Leckagehohlraum, um von hier nach Möglichkeit drucklos in die Umgebung abgeführt zu werden. Eine Vermischung feindlicher Medien ist daher fast mit hundertprozentiger Sicherheit auszuschalten, da ein gleichzeitiger Defekt an beiden Dichtungen höchst unwahrscheinlich ist und im Falle des Defektes an einer der Dichtungen die nahezu drucklose Ableitung des jeweils austretenden Mediums über den Leckagehohlraum in die Umgebung sichergestellt ist.

Dem Zustand der in Frage kommenden Dichtungen, insbesondere derem Verschleißzustand, kommt deshalb eine hohe Bedeutung zu. Ein Dichtungswechsel erst im Falle eines Dichtungsdefektes scheidet aus Gründen der Betriebssicherheit und Verfügbarkeit der Anlage aus. Heute werden daher derartige Dichtungen vorbeugend ausgetauscht, wobei es sich in großen Anlagen der Nahrungsmittel und Getränkeindustrie, beispielsweise einer Brauerei, um tausende von Ventilen handeln kann. Da nicht alle diese Ventile hinsichtlich ihrer Beanspruchung und Schalthäufigkeit dem gleichen Anforderungsspektrum unterliegen, liegt es auf der Hand, dass eine vorbeugende Dichtungswartung durch Austausch dieser Dichtungen sich zu orientieren hat an den kritischen Dichtungen, die hoch beansprucht und daher in relativ kürzeren Zeitabständen als die übrigen auszutauschen sind. Da beim vorbeugenden Dichtungswechsel die Prozessanlage oftmals insgesamt außer Betrieb genommen werden muss, werden dann in naheliegender Weise auch Dichtungen an Ventilen ausgetauscht, die eines Austausches noch lange nicht bedürfen, da die diesbezüglichen Ventile wenig beansprucht und/oder nur geringen Schaltspielen im zurückliegenden Zeitraum unterworfen waren.

Aus dem vorstehenden Sachverhalt ergibt sich, dass ein derartiger prazessanlagenübergreifender Dichtungswechsel einen signifikanten Kostenfaktor darstellt und dass in der Praxis, insbesondere beim Betreiber derartiger Prozessanlagen, das Bedürfnis besteht, die notwendigen Wartungsintervalle an den in Frage kommenden Schließgliedern der Ventile nur dann auszuführen, wenn dies notwendig ist, keinesfalls jedoch so lange zu warten, bis der Schadensfall eingetreten ist. Es besteht daher der Wunsch nach einer aktuellen Verschleißüberwachung bzw. einer Früherkennung von Verschleißerscheinungen an den in Frage kommenden Dichtungen bzw. Dichtungsmitteln, wobei nicht nur die vorg. Doppelsitzventile, sondern auch andere, nur mit einem Schließglied ausgestattete Ventile einer Prozessanlage zu betrachten sind.

Auf der Suche nach objektiven Beurteilungskriterien für Dichtungsverschleiß stößt man in naheliegender Weise auf das Kriterium der vollzogenen Schaltspiele eines Ventils, wobei in der Regel die in Frage kommenden Dichtungen durch diese Schaltspiele einer verschleißerzeugenden Beanspruchung unterworfen werden. Schaltspiele sind beispielsweise leicht über die Steuerung einer Prozessanlage zu erfassen, da in der Regel von der Steuerung aus die Ansteuerungen der Ventile initiiert und der Vollzug des Öffnens oder des Schließens eines Ventils an diese Steuerung rückgemeldet wird.

Schaltspiele allein bedeuten jedoch noch nicht, dass man umfassende Informationen über die Beanspruchung der Dichtung hat. Ein Schaltspiel bedeutet in der Regel zunächst nur, dass die Dichtung mechanisch beansprucht, beispielsweise gewalkt, gedrückt und, wenn sie im Zuge des Schaltspiels freiliegt, durch Eigenelastizität gedehnt wird. Eine diesbezügliche Beanspruchung ist mechanischer Natur und erzeugt Druck-, Zug-, Torsions- und/oder Schubspannungen.

Darüber hinaus ist es jedoch von entscheidender Bedeutung, welchen chemischen und thermischen Beanspruchungen eine Dichtung im Zusammenhang mit der vorgenannten mechanischen Beanspruchung unterworfen ist. Darüber hinaus sind auch strömungsmechanische Einflüsse von Bedeutung, wie beispielsweise Strömungen mit hoher Geschwindigkeit in sich verengenden Spalten zwischen Dichtung und zugeordneter Sitzfläche beim Schließen oder Öffnen des Ventils in Verbindung mit u.U. abrasiven Beimengungen im Fluid, wenn es sich beispielsweise um Zwei- oder Mehrphasenströmungen handelt.

Daraus ergibt sich zwangsläufig, dass die Messung des Schaltspiels allein noch kein hinreichendes Kriterium für die verschleißverursachende Beanspruchung einer Dichtung darstellt. Es liegt weiterhin auf der Hand, die Schaltspiele unterschiedlich beanspruchter Ventile mit bestimmten, den individuellen Beanspruchungen gerecht werdenden Faktoren zu bewerten und zu gewichten. Auch dieser Ansatz ist hypothetisch, er ist bestenfalls empirisch gestützt und in jedem Falle mit Unsicherheiten und Unwägbarkeiten behaftet und kann daher den Betreiber von Prozessanlagen allenfalls nur bedingt dazu veranlassen, die bisher geübte Praxis des vorbeugenden und in Teilen verfrühten Dichtungswechsels zu ändern.

Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Dichtung bzw. ein Dichtungsmittel für ein Schließglied eines Ventils derart auszustatten, dass eine laufende Überwachung des aktuellen Verschleißes der Dichtung und/oder eine Früherkennung des Verschleißes aufgrund aktueller Informationen an der Dichtung gegeben ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Das Ziel wird durch Mittel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Mittel gemäß der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein erster erfinderischer Grundgedanke besteht darin, die Dichtung für ein Schließglied eines in Rede stehenden Ventils im verschleißrelevanten Bereich dieser Dichtung mit einer Sensoranordnung zu versehen. Die in Frage kommenden Dichtungen sind aus einem elastomeren Polymerwerkstoff hergestellt und die Dichtung findet unter Vorspannung in einer im Schließglied verlaufenden Ringnut dergestalt Aufnahme, dass ein Fußteil der Dichtung in der Ringnut liegt, an welchem sich ein Kopfteil anschließt, das aus der Ringnut herausragt. Der erste erfinderische Grundgedanke findet dabei Anwendung auf ein Schließglied, bei dem wenigstens eine Komponente der Öffnungs- und Schließbewegung des Kopfteils der Dichtung senkrecht zu einer Sitzfläche gerichtet ist oder bei dem der Kopfteil beim Öffnen und Schließen des Ventils an der Sitzfläche entlanggleitet. Die in Frage kommende Dichtung ist demnach im ersten Fall rein axial oder radial/axial beansprucht in Bezug auf die Sitzfläche, mit der sie zusammenwirkt (sog. Druckeingriff), im zweiten Falle handelt es sich in Bezug auf die Sitzfläche um eine rein radial wirkende Dichtung (sog. Gleiteingriff).

Die Auswahl der verschiedensten Sensoranordnungen, die zur Anwendung kommen können, orientiert sich an den Ursachen des zu erwartenden Verschleißes. Dieser Verschleiß kann, wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, aufgrund mechanischer, chemischer oder thermischer Beanspruchungen bedingt sein. Ist bei spielsweise aus empirischen Daten bekannt, dass der Verschleiß einer Dichtung in einem speziellen Anwendungsfall vorrangig bedingt ist durch mechanische Beanspruchung in Form von Druck- oder Zugbeanspruchungen, und zwar beispielsweise im Bereich der Ringnut im Schließglied und hier insbesondere im Bereich zwischen Nut und jenem Teil der Dichtung, der als Kopfteil über die Blut hinausragt, dann wird vorzugsweise eine Sensoranordnung zur Anwendung kommen, die diesbezügliche Druck- oder Zugspannungen erfassen kann und die insbesondere in diesem Bereich der Ringnut angeordnet ist (z.B. Sensoranordnung in Form eines sog. Dehnungsmessstreifens).

Ist in einem anderen Fall beispielsweise bekannt, dass die Dichtungsbeanspruchung und der sich daraus ergebende Verschleiß der Dichtung durch Temperaturbeanspruchung bedingt ist, dann wird im temperaturkritischen Dichtungsbereich eine Sensoranordnung anzuordnen sein, die diesbezügliche Temperatureinflüsse registriert und an eine Auswerteeinrichtung meldet.

Neben der sensorischen Erfassung der Ursachen des Verschleißes besteht ein zweiter erfinderischer Grundgedanke der vorliegenden Erfindung darin, das Ergebnis der vorstehend kurz dargestellten Beanspruchungen, d.h. den Verschleiß selbst, sensorisch zu überwachen. Mechanische Beanspruchung kann beispielsweise zu Abrieb und Abtrag des Dichtungsmaterials führen, und zwar großflächig und allumfassend in den in Frage kommenden Bereichen der Dichtung. Mechanische Beanspruchung kann aber auch zu punktuellem Abtrag führen.

Chemische Beanspruchung kann, in gleicher Weise, wie vorstehend bei mechanischer Beanspruchung ausgeführt, zu flächig umfassendem Abtrag oder aber zu punktuellem Abtrag, beispielsweise Lochfraß, führen. Thermische Beanspruchung kann, in gleicher Weise, wie vorstehend beschrieben, alle Bereiche der in Frage kommenden Dichtung erfassen und zu Gefüge und Materialveränderungen führen, die letztlich beispielsweise zur Versprödung und zu Rissbildungen, verteilt über den gesamten relevanten Dichtungsbereich, führen können.

Überlagern sich diese thermischen Beanspruchungen anderen vorstehend erwähnten Beanspruchungsarten, dann kann es zu punktuellen und hinsichtlich des Ortes ihres Auftretens zu zufälligen und damit lokal nicht vorhersehbaren Verschleißerscheinungen kommen.

Insbesondere die vorstehend angedeutete örtliche Verteilung und das eher zufallsbedingte Auftreten des Verschleißes bedingen konkrete Ausgestaltungsformen der Sensoranordnungen, die derartige Schäden hinreichend detektieren können. Großflächige, umfassende Verschleißerscheinungen lassen sich durch sektorielle oder gar punktuelle Anordnung von Sensoranordnungen an geeigneter Stelle relativ sicher erfassen. Örtlich zufällig auftretende und an einem konkreten Ort nicht vorhersehbare Verschleißerscheinungen lassen sich nur durch flächig umfassend ausgeprägte Sensoranordnungen mit Sicherheit detektieren.

Ein weiterer erfinderischer Grundgedanke besteht darin, dass die derart mit einer Sensoranordnung ausgestattete Dichtung diese Informationen autonom, d.h. ohne von außen zugeführte Energie bzw. Spannungsversorgung verarbeitet und, gleichfalls ohne Leitungsverbindungen von der Dichtung und damit dem Schließglied, das in der Regel relativ zur der Dichtung zugeordneten Sitzfläche verfahrbar angeordnet ist, in die Umgebung überträgt. Dies gelingt dadurch, dass die von der Sensoranordnung ermittelten verschleißabhängigen Signale an eine innerhalb der Dichtung angeordnete autonome Auswerte-Einheit übermittelt werden, wobei die Auswerte-Einheit die ermittelten Informationen drahtlos an einen ortsfesten Datenempfänger in der Umgebung des beweglichen Schließgliedes überträgt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Mittel gemäß der Erfindung schlägt in diesem Zusammenhang vor, dass die Sensoranordnung über Signalleitungen mit einem Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) und dieser mit einer Datenverarbeitungs- und Datensende-Einheit verbunden ist, wobei letztere im Wesentlichen aus einem Mikroprozessor und einer Sendeantenne besteht und zusammen mit dem A/D-Wandler eine Auswerte-Einheit bildet, und dass der ortsfeste Datenempfänger über einen Datenspeicher mit einer Datenausgabe-Einheit verbunden ist. Die von der Sensoranordnung ermittelten verschleißabhängigen analogen Signale werden demnach in dem Analog-Digital-Wandler umgewandelt und der Datenverarbeitungs- und Datensende-Einheit, einem sog. senderseitigen Transponder, zugeführt. Dieser senderseitige Transponder ist ohne eigene Spannungsversorgung und er betreibt im sog. „stand alone"-Betrieb den Mikroprozessor, der die Daten vom Analog-Digital-Wandler in geeigneter Weise verarbeitet und über die Datensende-Einheit in die Umgebung der Dichtung, insbesondere in den dem Sitzbereich umgebungsseitig nachgelagerten Bereich aussendet, wo der ortsfeste Datenempfänger, ein sog. empfangsseitiger Transponder, angeordnet ist.

Der dichtungsseitige (senderseitige) Transponder und der Analog-Digital-Wandler sind nach dem heutigen Stand der Technik bereits derart miniaturisiert, dass sie in dem vorliegenden Dichtungsvolumen leicht unterzubringen sind. Auch von der Kostenseite sind diese Bauteile zu einem erstaunlich niedrigen Preis erschwinglich, sodass den Mehrkosten einer derartig erfindungsgemäß ausgestatteten intelligenten Dichtung ein Vorteil hinsichtlich Betriebssicherheit und Sicherheit bezüglich der noch zu erwartenden Lebensdauer der Dichtung gegenübersteht, der den erforderlichen Aufwand zur erfindungsgemäßen Ausstattung der Dichtung bei weitem rechtfertigt.

Als Anordnungsstelle für den Datenempfänger ist gemäß einem ersten Vorschlag das Ventilgehäuse vorgesehen. Optimale Empfangsbedingungen ergeben sich, wie dies ein weiterer Vorschlag vorsieht, wenn der Datenempfänger in unmittelbarer Nachbarschaft zur Sitzfläche im Ventilgehäuse angeordnet ist.

Abhängig von Art, Umfang und Ort der Verschleißerscheinungen, die es zu detektieren und zu erfassen gilt, sieht die Erfindung eine Reihe von Sensoranordnungen vor. Es wird vorgeschlagen, dass die Sensoranordnung eine plattenförmige, sektorielle oder plattenförmige, punktuelle Ausprägung, eine erste Ausprägung, aufweist. Mit dieser ersten Ausprägung lassen sich großflächige, umfassende Verschleißerscheinungen relativ sicher erfassen.

Ein weiterer Vorschlag sieht vor, dass die Sensoranordnung eine bandförmige, umlaufende Ausprägung, eine zweite Ausprägung, aufweist. Mit dieser zweiten Ausprägung sind örtlich zufällig auftretende und an einem konkreten Ort nicht vorhersehbare Verschleißerscheinungen mit Sicherheit zu detektieren.

Damit der in der Regel verschleißkritische Bereich der gesamten umlaufenden Dichtlippe sicher erfasst werden kann, sieht ein weiterer Vorschlag vor, dass die Sensoranordnung einen äquidistanten Verlauf zur Außenkontur des Kopfteils der Dichtung aufweist, wobei diese Ausgestaltungsform sowohl auf die erste Ausprägung als auch auf die zweite Ausprägung anwendbar ist.

Zur Erfassung örtlich zufällig auftretender und an einem konkreten Ort nicht vorhersehbarer Verschleißerscheinungen werden zwei weitere Sensoranordnungen vorgeschlagen. Ein diesbezüglicher erster Vorschlag sieht vor, dass die Sensoranordnung eine drahtförmige, umlaufende Ausprägung, eine dritte Ausprägung, aufweist. Ein diesbezüglicher zweiter Vorschlag ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung eine netzförmige, großflächig umlaufende Ausprägung, eine sechste Ausprägung, aufweist.

Zur Detektierung großflächiger, umfassender Verschleißerscheinungen werden wiederum zwei Ausführungsformen vorgeschlagen. Eine diesbezügliche erste Ausführungsform sieht vor, dass die Sensoranordnung eine punktuelle, sternförmig verteilte Ausprägung, eine vierte Ausprägung, aufweist. Eine diesbezügliche zweite Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung eine netzförmige, großflächig sektorielle Ausprägung, eine fünfte Ausprägung, aufweist.

Die Ausgestaltung und Einbettung der Sensorformen in die Dichtung bzw. das Dichtungsmaterial erfolgt derart, dass bei einer nicht auszuschließenden vollständigen oder teilweisen gewaltsamen Zerstörung der Dichtung die Sensorbruchstücke im Dichtungsmaterial verankert und von diesem weitestgehend umgeben bleiben. Das Dichtungsmaterial ist bekanntlich, wenn es in Prozessventilen der Nahrungsmittel und Getränkeindustrie zur Anwendung kommt, lebensmittelverträglich. Eine gänzliche oder teilweise Zerstörung herkömmlicher Dichtungen ist nie auszuschließen, sodass bislang auch damit gerechnet werden musste, dass das Produkt beispielsweise Milch oder Bier, im Schadensfalle mit Dichtungsbestandteilen kontaminiert wurde.

Hinsichtlich der Einbettung der Auswerte-Einheit in die erfindungsgemäße Dichtung wird weiterhin vorgeschlagen, diese derart wenigstens teilweise zu ummanteln, dass eine für diese Ummantelung vorgesehene Armierung in Verbindung mit dem umgebenden Dichtungsmaterial eine formschlüssige Einbettung in der Ringnut findet, so dass bei teilweiser oder vollständiger Zerstörung der Dichtung die armierten Bestandteile sicher in der Ringnut verbleiben und nicht in das Produkt gelangen können.

In diesem Zusammenhang sieht ein erster konkreter Vorschlag vor, dass die Auswerte-Einheit zwischen der Armierung und einem Nutgrund der Ringnut gekammert ist.

Wird, wie dies ein weiterer Vorschlag vorsieht, die Armierung formschlüssig zwischen einer ersten Nutflanke und einer zweiten Nutflanke der Ringnut angeordnet, dann kann die in den Fußteil der Dichtung eingebettete Auswerte-Einheit selbst bei einer vollständigen Zerstörung der Dichtung nicht aus der Ringnut heraustreten.

Sensorarmierte und mit einer Auswerteelektronik der erfindungsgemäßen Art bestückte Dichtungen bzw. Dichtungsmittel der in Rede stehenden Art finden, wenn sie eine mit herkömmlichen Dichtungen vergleichbare Duktilität und Verformbarkeit aufweisen, form- und kraftschlüssige Aufnahme in einstückig ausgebildeten Schließgliedern. Ist diese Duktilität und Verformbarkeit nicht gegeben, dann werden die Schließglieder im Bereich der die erfindungsgemäße Dichtung aufnehmenden Ringnut teilbar ausgeführt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen
1 einen Querschnitt durch eine Dichtung gemäß der Erfindung, die in einem Schließglied eines Ventils eingebettet ist und als rein radial arbeitende Dichtung an einer zylindrischen Sitzfläche eines im Ventilgehäuse angeordneten sog. Sitzringes entlanggleitet, wobei die Sensoranordnung in einer ersten oder einer zweiten Ausprägung vorliegt;
2 als Blockschaltbild den Datenfluss von einer in der Dichtung gemäß 1 angeordneten Sensoranordnung über einen gleichfalls in der Dichtung angeordneten senderseitigen Transponder bis zu einem im Ventilgehäuse angeordneten empfangsseitigen Transponder;
3 im Schnitt eine Dichtung mit einer äußeren Geometrie gemäß 1 wobei eine erfindungsgemäße Sensoranordnung in einer gegenüber 1 abgewandelten dritten oder vierten Ausprägung vorgesehen ist;
4 im Ausschnitt eine weitere Dichtung mit einer äußeren Geometrie gemäß, wobei eine modifizierte erste oder zweite Ausprägung der erfindungsgemäßen Sensoranordnung vorliegt;
5 im Schnitt eine Dichtung mit einer äußeren Geometrie gemäß 1, wobei eine erfindungsgemäße Sensoranordnung in einer fünften oder sechsten Ausprägung vorgesehen ist und
6 im Schnitt eine erfindungsgemäße Dichtung in einer Ausführung gemäß den 1 bis 5, wobei eine Auswerte-Einheit, im Wesentlichen bestehend aus dem A/D-Wandler und dem senderseitigen Transponder, in einer Ringnut des Schließgliedes verlustsicher durch eine geeignete Armierung gekammert ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine Dichtung 1 (1), im allgemeinsten Falle kann es sich hierbei um ein komplexes Dichtungsmittel bestimmter geometrischer Profilierung in Verbindung mit Armierungen und Stützelementen handeln, im speziellen Fall beispielsweise um eine sog. Profildichtung, beispielsweise in Form eines sog. V-Ringes, ist in einem Schließglied 20, das im vorliegenden Falle als Schieberkolben ausgebildet ist, eingebettet. Das Schließglied 20 ist in Hubrichtung H translatorisch verfahrbar, sodass deutlich wird, dass die Dichtung 1 rein radial arbeitet und somit beim Öffnen und Schließen des Ventils ventilgehäuseseitig auf einer im Wesentlichen zylindrischen Sitzfläche 3a eines Sitzringes oder Ventilgehäuses 3 entlanggleitet (sog. Gleiteingriff). Bei dem Sitzring 3 kann es sich um ein in das nicht dargestellte Ventilgehäuse eingebettetes, eigenständiges Bauteil handeln; die Sitzfläche 3a kann jedoch auch integraler Teil des Ventilgehäuses sein.
Bei dem Schließglied 20 kann es sich aber auch um einen sog. Sitzteller handeln, der eine rein axial oder auch eine radial/axial arbeitende Dichtung 1 aufnimmt, die mit einer entsprechend korrespondierenden Sitzfläche 3a zusammenwirkt (sog. Druckeingriff).
In einem Kopfteil 1b der Dichtung 1, der aus einer die Dichtung 1 aufnehmenden Ringnut 2 in einen Spalt zwischen der äußeren Mantelfläche des Schließgliedes 20 und der Sitzfläche 3a hineinragt, und einem sich anschließenden Bereich, der sich ein Stück weit bis in einen Fußteil 1a der Dichtung 1 erstreckt, wobei der Fußteil 1a beiderseits von einer ersten und einer zweiten Nutflanke 2b, 2c der Ringnut 2 berandet wird, ist innerhalb der Dichtung 1 eine Sensoranordnung 4 vorgesehen, die im vorliegenden Falle eine plattenförmige, sektorielle oder plattenförmige, punktuelle Ausprägung (erste Ausprägung) 4a oder eine bandförmige, umlaufende Ausprägung (zweite Ausprägung) 4b aufweist.
Die plattenförmige, sektorielle oder punktuelle Ausprägung 4a bedeutet, dass die Sensoranordnung 4 nur in bestimmten örtlichen Bereichen der Dichtung 1, wenigstens an einer Stelle, angeordnet ist. Die bandförmige, umlaufende Ausprä gung 4b bedeutet, dass die Sensoranordnung 4 über den gesamten Umfang des in Frage kommenden Bereichs der Dichtung 1 verläuft. Mit der bandförmigen, umlaufenden Ausprägung 4b können punktuelle oder sektorielle, d.h. örtlich zufällig auftretende Verschleißerscheinungen wie Risse oder Lochbildungen oder örtlich konzentrierter Verschleiß erfasst werden. Flächiger Verschleiß, der die gesamte Dichtung 1 im relevanten Bereich erfasst, kann in naheliegender Weise in jedem Falle erfasst werden. Die plattenförmige, sektorielle oder punktuelle Ausprägung 4a erfasst nur flächig auftretenden Verschleiß, da punktuell auftretender Verschleiß in Bereichen, in denen die Sensoranordnung 4 nicht wirksam ist, zwangsläufig nicht detektiert werden kann.
Die Sensoranordnung 4 liefert ein analoges Signal, welches über Signalleitungen 5a einem Analog-Digital-Wandler 5 zugeführt wird. Letzterer befindet sich in einer in der Nähe eines Nutgrundes 2a der Ringnut 2 innerhalb der Dichtung 1 platzierten Auswerte-Einheit I, in der auch eine Datenverarbeitungs- und Datensende-Einheit 6, ein sog. senderseitiger Transponder, angeordnet ist. Diese besteht aus einem Mikroprozessor 6a und einer Sendeantenne 6b. Der senderseitiger Transponder 6 arbeitet im sog. „stand alone"-Betrieb; eine Eigenspannungsversorgung ist nicht notwendig, sondern durch Annäherung eines im Sitzring 3 bzw. im Ventilgehäuse angeordneten Datenempfängers 7, eines sog. empfangsseitigen Transponders, wird in einer nicht dargestellten Spule des senderseitigen Transponders 6 die notwendige Versorgungsspannung induktiv erzeugt. Daraus resultiert, dass beim Einfahren in die und auch beim Verlassen der Schließlage des Schließgliedes 20, die in 1 dargestellt ist, ein Datenaustausch zwischen dem senderseitigen und dem empfängerseitigen Transponder 6 bzw. 7 stattfindet bzw. stattfinden kann.
Den vorliegenden Datenfluss zeigt 2. Die Sensoranordnung 4 liefert über die Signalleitungen 5a dem Analog-Digital-Wandler 5 (A/D-Wandler) die analogen Signale. Dieser generiert daraus digitale Signale, die dem Mikroprozessor 6a zugeführt werden. Die dort in der notwendigen Weise aufbereiteten Daten werden über die Sendeantenne 6b dem empfangsseitigen Transponder 7 zugeführt. Die ser ist ggf. mit einem Datenspeicher 8, in jedem Falle jedoch mit einer Datenausgabe-Einheit 9 verbunden. Von dort werden die von der Dichtung 1 empfangenen Informationen über den Verschleiß und/oder die ursächlichen Bedingungen für einen potenziellen Verschleiß der Dichtung 1 zur Weiterverarbeitung und ggf. Interpretation weitergeleitet.
Eine dritte oder vierte Ausprägung 4c, 4d der Sensoranordnung 4 zeigt 3. Dort ist die Sensoranordnung 4 drahtförmig, umlaufend ausgeprägt (dritte Ausprägung 4c) oder es wird eine punktuelle, sternförmig verteilte Ausprägung 4d (vierte Ausprägung) vorgesehen. Die punktuelle, sternförmig verteilte Sensoranordnung 4d kann flächigen, umfassenden Verschleiß im relevanten Bereich der Dichtung 1 erfassen und die drahtförmige, umlaufende Ausprägung 4c kann sowohl punktuelle, örtlich zufällige Verschleißerscheinungen als auch flächig umfassende Verschleißerscheinungen detektieren.
Die erste und die zweite Ausprägung 4a, 4b lassen sich, wie dies in 4 dargestellt ist, auch der Dichtungskontur im exponiertesten Dichtungsbereich, der Dichtlippe, dem Kontaktbereich mit der Sitzfläche 3a, geometrisch anpassen. Im vorliegenden Falle weist die Sensoranordnung 4 eine gegenüber 1 modifizierte erste Ausprägung 4a* bzw. modifizierte zweite Ausprägung 4b* jeweils durch äquidistanten Verlauf zur Außenkontur der Dichtung 1 auf. Die winkelförmige Form der Sensoranordnung 4a*, 4b* hat, analog zur Ausprägung gemäß 1, entweder eine plattenförmige, sektorielle bzw. eine plattenförmige punktuelle (modifizierte erste Ausprägung 4a*) oder aber eine bandförmige, umlaufende Form (modifizierte zweite Ausprägung 4b*).
Eine netzförmige, großflächig sektorielle Ausprägung 4e (fünfte Ausprägung) oder eine netzförmige, großflächig umlaufende Ausprägung 4e*(sechste Ausprägung) der Sensoranordnung 4 zeigt 5. Diese Ausprägungen 4e, 4e* erfassen einen Großteil des relevanten Dichtungsbereichs außerhalb und auch innerhalb der Ringnut 2 im Bereich der Nutflanken 2b und 2c. Die netzförmige Struktur ist sozusagen vom Dichtungsmaterial durchwirkt, sodass bei einer teilweisen oder völli gen Zerstörung dieses Dichtungsbereichs die Wahrscheinlichkeit einer Kontamination des Produktes mit Bruchstücken der Sensoranordnung 4 allein höchst unwahrscheinlich ist.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung 1, bei der die Auswerte-Einheit I, bestehend aus dem A/D-Wandler 5 und dem senderseitigen Transponder 6, auf der der Öffnung der Ringnut 2 zugewandten Seite mit einer Armierung 10 versehen ist, sodass die Auswerte-Einheit I im Falle einer vollständigen oder teilweisen Zerstörung der Dichtung 1 formschlüssig, sozusagen nicht verlierbar, in der Ringnut 2 zwischen der Armierung 10 und dem Nutgrund 2a eingebettet verbleibt.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausprägungen 4a bis 4e* handelt es sich lediglich um Ausführungsbeispiele. Wesentlich ist, dass die Sensoranordnung 4 derart ausgeführt und an jenen relevanten Stellen der Dichtung 1 angeordnet wird, dass verschleißbedingte und lebensdauerrelevante Informationen der Dichtung 1 zu gewinnen sind. Die dargestellte Ausbildung der Auswerte-Einheit I ist gleichfalls beispielhafter Natur. Es sind auch andere Ausgestaltungs- und Ausführungsformen denkbar, wenn sichergestellt ist, dass die erfindungsgemäße Dichtung 1 ein autonomes, sozusagen „stand alone" arbeitendes Bauteil bildet, das die verschleißbedingten Informationen der Dichtung 1 autark und ohne Leitungsverbindungen aus der relativ zum Ventilgehäuse bewegten Dichtung 1 in die ventilgehäuseseitige Dichtungsumgebung übermittelt.

1: Dichtung bzw. Dichtungsmittel (Profildichtung, z.B. V-Ring)
1a: Fußteil
1b: Kopfteil
20: Schließglied
2: Ringnut
2a: Nutgrund
2b: erste Nutflanke
2c: zweite Nutflanke
3: Sitzring/Ventilgehäuse
3a: (zylindrische) Sitzfläche
4: Sensoranordnung
4a: plattenförmige, sektorielle oder plattenförmige, punktuelle Ausprägung
: (erste Ausprägung)
4b: bandförmige, umlaufende Ausprägung
: (zweite Ausprägung)
4a^*: modifizierte erste Ausprägung
4b*: modifizierte zweite Ausprägung
4c: drahtförmige, umlaufende Ausprägung
: (dritte Ausprägung)
4d: punktuelle, sternförmig verteilte Ausprägung
: (vierte Ausprägung)
4e: netzförmige, großflächig sektorielle Ausprägung
: (fünfte Ausprägung)
4e*: netzförmige, großflächig umlaufende Ausprägung
: (sechste Ausprägung)
5: A/D-Wandler (Analog-Digital-Wandler)
5a: Signalleitungen
6: Datenverarbeitungs- und Datensende-Einheit (senderseitiger Transponder)
6a: Mikroprozessor
6b: Sendeantenne
7: Datenempfänger (empfangsseitiger Transponder)
8: Datenspeicher
9: Datenausgabe-Einheit
10: Armierung
I: Auswerte-Einheit, bestehend aus A/D-Wandler 5 und senderseitiger
: Transponder 6
H: Hubrichtung

Claims

Mittel zur Überwachung des Verschleißes an einer Dichtung für ein Schließglied eines Ventils, – wobei die Dichtung (1) aus einem elastomeren Polymerwerkstoff hergestellt ist und – unter Vorspannung in einer im Schließglied (20) verlaufenden Ringnut (2) dergestalt Aufnahme findet, dass ein Fußteil (1a) der Dichtung (1) in der Ringnut (2) liegt, an welchem sich ein Kopfteil (1b) anschließt, das aus der Ringnut (2) herausragt, – wobei wenigstens eine Komponente der Öffnungs- und Schließbewegung des Kopfteils (1b) senkrecht zu einer Sitzfläche (3a) gerichtet ist oder der Kopfteil (1b) beim Öffnen und Schließen des Ventils an der Sitzfläche (3a) entlanggleitet, – wobei in verschleißrelevanten Bereichen der Dichtung (1) eine Sensoranordnung (4) vorgesehen ist, – die die Ursache eines Verschleißes der Dichtung (1) und/oder einen Verschleiß der Dichtung (1) erfasst, – das Ergebnis in Form eines elektrischen Signals an eine innerhalb der Dichtung (1) angeordnete autonome Auswerte-Einheit (1) übermittelt, – und wobei die Auswerte-Einheit (1) die ermittelten Informationen drahtlos an einen ortsfesten Datenempfänger (7) in der Umgebung des beweglichen Schließgliedes (20) überträgt.
Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (4) über Signalleitungen (5a) mit einem Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) (5) und dieser mit einer Datenverarbeitungs- und Datensende-Einheit (6) verbunden ist, wobei letztere im Wesentlichen aus einem Mikroprozessor (6a) und einer Sendeantenne (6b) besteht und zusammen mit dem A/D-Wandler (5) eine Auswerte-Einheit (I) bildet, und dass der ortsfeste Datenempfänger (7) über einen Datenspeicher (8) mit einer Datenausgabe-Einheit (9) verbunden ist.
Mittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenempfänger (7) im Ventilgehäuse (3) angeordnet ist.
Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenempfänger (7) in unmittelbarer Nachbarschaft zur Sitzfläche (3a) angeordnet ist.
Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (4) eine plattenförmige, sektorielle oder plattenförmige, punktuelle Ausprägung (erste Ausprägung) (4a) aufweist.
Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (4) eine bandförmige, umlaufende Ausprägung (zweite Ausprägung) (4b) aufweist.
Mittel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (4) einen äquidistanten Verlauf zur Außenkontur des Kopfteils (1b) der Dichtung (1) aufweist (modifizierte erste Ausprägung (4a*) oder modifizierte zweite Ausprägung (4b*)).
Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (4) eine drahtförmige, umlaufende Ausprägung (dritte Ausprägung) (4c) aufweist.
Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (4) eine punktuelle, sternförmig verteilte Ausprägung (vierte Ausprägung) (4d) aufweist.
Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (4) eine netzförmige, großflächig sektorielle Ausprägung (fünfte Ausprägung) (4e) aufweist.
Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoranordnung (4) eine netzförmige, großflächig umlaufende Ausprägung (sechste Ausprägung) (4e*) aufweist.
Mittel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte-Einheit (1) zwischen einer Armierung (10) und einem Nutgrund (2a) der Ringnut (2) gekammert ist.
Mittel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (10) formschlüssig zwischen einer ersten Nutflanke (2b) und einer zweiten Nutflanke (2c) der Ringnut (2) angeordnet ist.