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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Gleitringdichtung, bei der sogenannte Anläufer, d. h. ein Kontakt zwischen dem rotierenden und dem stationären Ring der Gleitringdichtung, sicher erfasst werden und gegebenenfalls Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
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Gleitringdichtungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Ein Problemkreis bei Gleitringdichtungen betrifft hierbei sogenannte Anläufer, bei denen durch einen Kontakt zwischen dem rotierenden und dem stationären Gleitring eine Beschädigung der Gleitringdichtung bis hin zu einem Komplettausfall der Gleitringdichtung führen kann. Insbesondere verursachen derartige Anläufer Schäden an den Gleitflächen, so dass die Dichtheit der Gleitringdichtung reduziert ist. Aus der
WO 2009/143213 A2 ist ein System zur Überwachung von Gleitringdichtungen bekannt, welches eine Vielzahl von Betriebsbedingungen der Dichtung erfasst, wobei allerdings keine direkte Erfassung von Anläufern möglich ist. Darüber hinaus ist dieses System durch die Erfassung einer Vielzahl von Parametern extrem aufwändig und teuer.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Durchführbarkeit eine sichere Bestimmung eines Kontaktes zwischen einem rotierenden und einem stationären Gleitring einer Gleitringdichtung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Die Unteransprüche haben jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Kontaktes zwischen einem rotierenden und einem stationären Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist dabei den Vorteil auf, dass durch die überraschend einfache Maßnahme einer Aufnahme von Körperschall ein Anläufer mit hoher Präzision erfasst werden können. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr einfach und kostengünstig. Ferner ist es auch möglich, bei schon bestehenden Anlagen Nachrüstungen ohne großen Verkabelungsaufwand vorzusehen.
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Bevorzugt wird der Körperschall an einem Gehäuse oder einem mit dem Gehäuse verbundenen Bauteil aufgenommen, wobei das Gehäuse oder das Bauteil mit dem stationären Gleitring verbunden sind. Hierdurch ist eine Montage eines Körperschallsensors an einer Außenseite eines Gehäuses ohne großen Aufwand möglich. Insbesondere ist der Sensor dadurch außerhalb eines Druck- bzw. Medienraums angeordnet, so dass weiterhin auch keinerlei Abdichtungen des Sensors oder anderweitige Schutzmaßnahmen des Sensors gegenüber Drücken und aggressiven abzudichtenden Medien notwendig ist. Der Körperschallsensor kann einfach an einer Außenseite eines Bauteils, welches mit dem stationären Gleitring verbunden ist, angeordnet werden. Bevorzugt ist das Gehäuse direkt mit dem statischen Gleitring verbunden.
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Bevorzugt erfasst der Körperschallsensor den Körperschall in einem Ultraschall-Sequenzspektrum. Hierdurch ergeben sich wenig Störsignale durch häufig noch anderweitig vorhandene Maschinenschwingungen. Vorzugsweise wird der Körperschall in einem Frequenzband von 50 kHz bis 1 MHz gemessen.
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Weiter bevorzugt gibt der Körperschallsensor nur dann ein Signal für einen Anläufer aus, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert für eine Stärke des Körperschalls überschritten wird. Zusätzlich oder alternativ gibt der Körperschallsensor bevorzugt nur dann ein Signal für einen Anläufer aus, wenn auch ein vorbestimmter Schwellenwert für eine Gleitgeschwindigkeit zwischen den Gleitringen überschritten ist. Hierdurch können insbesondere Anläufer während des Anfahrens und/oder Anhaltens einer Anlage, d. h. bei niedrigen Drehzahlen, ausgeschlossen werden. Hierdurch kann auch berücksichtigt werden, dass bei einer zu geringen Gleitgeschwindigkeit zwischen den Gleitringen eine Signalamplitude sehr stark abnimmt, obwohl eine Reibbelastung der Gleitfläche hoch sein kann. Alternativ oder zusätzlich gibt der Körperschallsensor vorzugsweise nur dann ein Signal für das Auftreten eines Anläufers aus, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert für einen Fluiddurchfluss durch den Dichtspalt zwischen den Gleitringen unterschritten ist. Hierdurch soll eine Fehlinformation für ein Steuergerät vermieden werden, da bei zu geringem Fluiddurchfluss der Anläufer mit hoher Wahrscheinlichkeit auf einem zu niedrigen Fluiddruck basiert und ein Steuergerät somit sofort entsprechende Gegenmaßnahmen, wie z. B. Erhöhung des Fluiddrucks, vornehmen kann. Weiter kann durch die Überwachung des Fluid-Durchflusses auch berücksichtigt werden, dass zu hohe Durchflusswerte einen Einfluss auf die Signalhöhe haben können, da ein hoher Durchflusswert auch zu hohen Signalamplituden führen kann. Erfindungsgemäss kann das Fluid eine Flüssigkeit oder ein Gas oder ein Gemisch aus Gas und Flüssigkeit sein. Das Fluid wird vorzugsweise als Sperrfluid und/oder Kühlungsfluid verwendet.
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Weiter bevorzugt wird der vom Körperschallsensor erfasste Körperschall mit einem Zeitsignal, welches einen Wert für einen Zeitraum angibt, über den der Körperschall erfasst wird, multipliziert, um ein Belastungsäquivalent zu erhalten. Weiter bevorzugt werden bei Auftreten mehrerer Anläufer mehrere Belastungsäquivalente addiert und erst nach einer vorbestimmten Anzahl von diesen Belastungsäquivalenten, beispielsweise mehr als fünf, ein Störsignal ausgegeben. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Mittelwert bei mehreren erfassten Belastungsäquivalenten gebildet werden und bei Überschreiten eines vorbestimmten Schwellenwerts für den Mittelwert ein Störsignal ausgegeben werden. Durch die Verwendung von Belastungsäquivalenten kann einem Steuergerät noch eine Bezugsgröße hinsichtlich einer Stärke der Anläufer gegeben werden.
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Weiter bevorzugt nimmt ein Steuergerät nach Erfassen eines Anläufers eine Regelung der Gleitringdichtungsanordnung vor. Die Regelung kann beispielsweise eine Änderung einer Drehzahl des rotierenden Gleitrings sein, um eine Gleitgeschwindigkeit zwischen rotierenden und stationären Gleitringen zu ändern und/oder eine Druckänderung des dem Dichtspalt zugeführten Fluids. Das Fluid wird vorzugsweise als Sperrmedium verwendet und ist dabei vorzugsweise ein Sperrgas.
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Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 9, welche einen stationären und einen rotierenden Gleitring umfasst, welche zwischen sich einen Dichtspalt definieren. Ferner ist ein Körperschallsensor vorgesehen, welcher derart angeordnet ist, um einen bei einem Anläufer zwischen dem rotierenden stationären Gleitring erzeugten Körperschall aufzunehmen. Ferner umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ein Steuergerät, welches eingerichtet ist, ein Störsignal, basierend auf dem vom Körperschallsensor erfassten Körperschall auszugeben.
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Der Körperschallsensor ist vorzugsweise an einer Außenseite eines Gehäuses der Gleitringdichtungsanordnung angeordnet, wobei das Gehäuse mit dem stationären Gleitring verbunden ist. Dies ermöglicht einen sehr einfachen und kostengünstigen Aufbau. Besonders bevorzugt ist das Gehäuse dabei direkt mit dem stationären Gleitring verbunden.
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Weiter bevorzugt ist das Steuergerät derart eingerichtet, dass nur dann ein Störsignal ausgegeben wird, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert des Körperschalls überschritten wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ferner einen Sensor zur Erfassung einer Gleitgeschwindigkeit, wobei das Steuergerät eingerichtet ist, nur dann ein Störsignal auszugeben, wenn die Gleitgeschwindigkeit einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ferner einen Sensor zur Erfassung eines Fluid-Durchflusses im Dichtspalt zwischen dem rotierenden und stationären Gleitring. Dabei ist das Steuergerät derart eingerichtet, nur dann ein Störsignal auszugeben, wenn eine Durchflussmenge des Fluids einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.
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Vorzugsweise ist das Steuergerät ferner derart eingerichtet, dass bei einem Erfassen eines Anläufers eine Regelung einer Drehzahl des rotierenden Gleitrings und/oder eine Regelung eines Drucks des Fluids, welches dem Dichtspalt zuführbar ist, vorgenommen wird.
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Weiter bevorzugt ist eine Aufnahmefläche des Körperschallsensors zur Erfassung des Körperschalls senkrecht zum Dichtspalt zwischen dem rotierenden und stationären Gleitring angeordnet. Hierdurch kann eine besonders sichere Erfassung des Körperschalls bei einem Anläufer vorgenommen werden und auch leichte Berührungen erfasst werden.
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Weiter bevorzugt ist ein Abstand einer Aufnahmefläche des Körperschallsensors zu einem maximalen Gleitflächen-Außendurchmesser kleiner oder gleich einem Radius des maximalen Gleitflächen-Außendurchmessers. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Körperschallsensor möglichst nahe an den Gleitringen angeordnet ist und auch kleinste Berührungen zwischen dem rotierenden und stationären Gleitring erfassen kann. Der maximale Gleitflächen-Außendurchmesser ist dabei derjenige Außendurchmesser, an welchem sich die Gleitflächen noch direkt gegenüberliegen, und kann, muss aber nicht einem maximalen Außendurchmesser eines der Gleitringe entsprechen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung werden besonders bevorzugt bei gasgeschmierten Gleitringdichtungsanordnungen eingesetzt. Dabei kann die vorliegende Erfindung sowohl bei einfach wirkenden als auch bei doppelt wirkenden Gleitringdichtungsanordnungen verwendet werden.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung von Körperschall zur Erfassung eines Anläufers zwischen einem stationären und einem rotierenden Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung.
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist eine Gleitringdichtungsanordnung 1 des dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels als doppelt wirkende Anordnung mit einer ersten Dichtung mit einem stationären Gleitring 2 und einem rotierenden Gleitring 3 sowie einer zweiten Dichtung mit einem stationären Gleitring 22 und einem rotierenden Gleitring 23 ausgebildet. Zwischen den jeweiligen Gleitringpaarungen sind Dichtspalte 4, 24 definiert. Die Gleitringdichtungsanordnung 9 trennt dabei eine Produktseite 13 von einer Atmosphärenseite 14.
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Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner ein Gehäuse 7, welches direkt mit den stationären Gleitringen 2, 22 verbunden ist. Die rotierenden Gleitringe 3, 23 sind über eine Wellenhülse 9 mit einem rotierenden Bauteil 8, z. B. einer Welle, verbunden. Der rotierende Gleitring 23 ist dabei mittels eines Fixierrings 12 an der Wellenhülse 9 befestigt. Die Wellenhülse 9 ist ihrerseits mittels einer Schraube 11 am rotierenden Bauteil fixiert.
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Ferner umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine Vorspannvorrichtung 10 in Form einer oder mehrerer zylindrischer Federn, wobei in diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine Feder gleichzeitig beide stationäre Gleitringe 2, 22 vorspannt.
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Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner eine Sperrmediums-Versorgungseinrichtung, welche ein Sperrmedium über einen Sperrmedium-Zufuhrkanal 15 zu den Dichtspalten 4, 24 der Gleitringdichtungsanordnung zuführt. Dies ist in 1 durch den Pfeil 16 angedeutet, wobei das Sperrmedium in diesem Ausführungsbeispiel zwischen den beiden stationären Gleitringen 2, 22 zugeführt wird und dann entlang eines Außenumfangs der Wellenhülse 9 zu den Dichtspalten 4, 24 geführt wird.
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Weiterhin umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 einen Körperschallsensor 5, welcher am Gehäuse 7 angeordnet ist. Der Körperschallsensor 5 umfasst dabei eine Körperschall-Aufnahmefläche 50, welche parallel zu einer Mittelachse X-X der Gleitringdichtungsanordnung und senkrecht zu den Dichtspalten 4, 24 ausgerichtet ist. Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, befindet sich das Gehäuse 7 dabei in direktem Kontakt mit den stationären Gleitringen 2, 22. Hierdurch ist es möglich, dass bei einem Anläufer, d. h. einem Kontakt zwischen einem stationären und rotierenden Gleitring, ein dadurch erzeugter Körperschall über den stationären Gleitring 2, 22 direkt auf das Gehäuse 7 und dort vom Körperschallsensor 5 aufgenommen werden kann. Der Körperschallsensor 5 ist mit einem Steuergerät 6 verbunden.
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Der Körperschallsensor 5 ist dabei derart am Gehäuse 7 angeordnet, dass ein Abstand A zwischen der Körperschall-Aufnahmefläche 50 und einem maximalen Gleitflächen-Außendurchmesser D1 kleiner ist als ein Radius des Gleitflächen-Außendurchmessers D1. Wie in 1 dargestellt, ist die Körperschall-Aufnahmefläche 15 dabei auf einem Durchmesser D2 angeordnet. Durch Einhalten dieses Abstandes A kann erfindungsgemäß sichergestellt werden, dass der Körperschallsensor 5 einen durch einen Anläufer erzeugten Körperschall sicher erfassen kann.
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Hinsichtlich des maximalen Gleitflächen-Außendurchmessers D1 sei angemerkt, dass bei einer wie im Ausführungsbeispiel dargestellten doppelt wirkenden Gleitringdichtungsanordnung derjenige maximale Gleitflächen-Außendurchmesser der beiden Gleitringdichtungen verwendet wird, welcher größer ist, Wie in 1 dargestellt ist, muss hierbei auch nicht ein maximaler Außendurchmesser des rotierenden oder stationären Gleitrings 2, 3 dem maximalen Gleitflächen-Außendurchmesser D1 entsprechen, sondern der Gleitflächen-Außendurchmesser D1 kann auch kleiner sein, wie in 1 gezeigt.
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Somit kann erfindungsgemäß eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer verbesserten Erfassung von Anläufern ermöglicht werden, welche besonders einfach und kostengünstig ausführbar ist. Insbesondere müssen keine Kabel ins Innere der Gleitringdichtungsanordnung verlegt werden und der Körperschallsensor 5 muss auch nicht mit abzudichtenden Medien in Kontakt kommen und ist auch keinen hohen Drücken ausgesetzt. Ferner muss auch keine aufwändige Abdichtung des Sensors vorgenommen werden.
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Darüber hinaus kann erfindungsgemäß auch unter Zuhilfenahme von weiteren Kenngrößen, wie beispielsweise einer Gleitgeschwindigkeit zwischen dem rotierenden und dem stationären Gleitring und/oder einer Durchflussmenge des Sperrmediums eine komplexere Analyse des Laufverhaltens der Gleitringdichtungsanordnung vorgenommen werden. Gegebenenfalls kann erfindungsgemäß auch eine entsprechende Regelung einer Drehzahl des rotierenden Gleitrings und/oder eines Drucks des Sperrmediums vorgenommen werden.
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Dabei kann das Steuergerät 6 eingerichtet sein, dass nur dann ein Störsignal ausgegeben wird, wenn ein vorbestimmter Schwellenwert für eine Stärke des Körperschalls überschritten wird und/oder wenn ein vorbestimmter Schwellenwert für eine Gleitgeschwindigkeit, bevorzugt größer als 1 m/s, zwischen rotierendem und stationärem Gleitring überschritten ist und/oder wenn ein vorbestimmter Schwellenwert für einen Sperrmedium-Durchfluss am Dichtspalt unterschritten ist, vorzugsweise kleiner als 150 nl/min.
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Auch ist es möglich, dass das Steuergerät 6 derart eingerichtet ist, dass das vom Körperschallsensor 5 ausgegebene Signal mit einem Zeitsignal, d. h. einem Zeitraum Δt, über den der Körperschall erfasst wurde, multipliziert wird, um ein Belastungsäquivalent zu erhalten. Ferner kann das Steuergerät 6 derart eingerichtet sein, dass mehrere Belastungsäquivalente aufaddiert werden und dass ab einer vorbestimmten Anzahl von erfassten Belastungsäquivalenten, z. B. größer fünf, und/oder bei Überschreitung eines Mittelwerts bei mehreren Belastungsäquivalenten, ein Störsignal ausgegeben wird und/oder eine Anlage vollständig heruntergefahren wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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