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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer optischen Überwachungseinrichtung für eine optische Zustandsüberwachung des Dichtspalts, wobei für die Überwachung sichtbares Licht verwendet wird.
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Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Ein Problemkreis bei Gleitringdichtungsanordnungen ist hierbei eine Überwachung des Dichtspalts zwischen einem rotierenden und einem stationären Gleitring während des Betriebs. Bisher ist eine Zustandsüberwachung von Dichtspalten bei Gleitringdichtungsanordnungen immer noch sehr zeitintensiv und relativ problematisch. Beispielsweise wird versucht, den Zustand des Dichtspalts über eine Messung eines Reibmoments zwischen rotierendem und stationärem Gleitring, und/oder einer Temperatur der Gleitringe zu bestimmen. Hierdurch kann jedoch nur unzureichend ein exakter Zustand der Gleitflächen und/oder des Dichtspalts der Gleitringdichtungsanordnung bestimmt werden. Ferner ist aus der
DE 34 26 539 A1 eine Gleitringdichtung bekannt, welche eine Verschleißerkennung aufweist. Hierbei wird mittels eines Lichtstrahls oder mittels magnetischer Verfahren eine Axialbewegung eines Gleitrings erfasst und abhängig von der Größe der Axialbewegung auf einen Verschleiß am Gleitring geschlossen. Eine Überwachung des Dichtspalts ist hierbei nicht vorgesehen. Weiterhin zeigt die
US 4,447,063 A eine Gleitringdichtung mit einem rotierenden und einem stationären Gleitring, welche eine magnetische Überwachungseinrichtung am stationären Gleitring vorsieht, um eine Bewegung des stationären Gleitrings zu erfassen und daraus auf eine Breite des Dichtspalts zu schließen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung sowie ein Verfahren zum Überwachen eines Dichtspalts einer Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Ausführbarkeit eine möglichst exakte Zustandsermittlung der Verhältnisse im Dichtspalt ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine direkte Zustandsüberwachung eines Dichtspalts der Gleitringdichtungsanordnung möglich ist. Dabei wird die Zustandsüberwachung mittels sichtbarem Licht ausgeführt, so dass eine optische Überwachungseinrichtung sehr einfach und kostengünstig aufgebaut werden kann. Ferner kann insbesondere ohne weitere technische Hilfsmittel direkt mit dem menschlichen Auge eine Zustandsüberwachung des Dichtspalts ermöglicht werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die optische Überwachungseinrichtung mittels sichtbarem Licht arbeitet.
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Vorzugsweise umfasst die optische Überwachungseinrichtung eine Lichtquelle, welche sichtbares Licht aussendet, und einen Lichtsensor, insbesondere eine Fotozelle oder dergleichen, zur Erfassung des von der Lichtquelle ausgesendeten Lichts. Das von der Lichtquelle ausgesendete Licht ist vorzugsweise in einem Wellenbereich von 380 nm bis 780 nm.
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Weiter bevorzugt durchläuft ein von der Lichtquelle ausgesandter Lichtstrahl den Dichtspalt in tangentialer Richtung zum rotierenden Gleitring. Die tangentiale Richtung ist hierbei ausgehend von den ringförmigen Gleitringen definiert, wobei der Lichtstrahl an jeder beliebigen radialen Höhe der Gleitringe durchgeführt werden kann, besonders bevorzugt über die gesamte radiale Höhe der Gleitringe geführt wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung durchläuft der von der Lichtquelle ausgesandte Lichtstrahl den Dichtspalt in radialer Richtung zum rotierenden Gleitring. Die radiale Richtung ist hierbei ebenfalls bezugnehmend auf die Gleitringe definiert. Vorzugsweise wird der Dichtspalt dabei sowohl in tangentialer als auch in radialer Richtung durch die Lichtstrahlen überwacht.
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Besonders bevorzugt ist ferner die Lichtquelle ausgehend vom Dichtspalt radial innerhalb des Dichtspaltes angeordnet. Alternativ ist die Lichtquelle ausgehend vom Dichtspalt radial außerhalb des Dichtspaltes angeordnet. Mit der Anordnung der Lichtquelle radial innerhalb und/oder außerhalb des Dichtspalts kann eine einfache Überwachung des Dichtspalts in radialer Richtung ermöglicht werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Lichtsensor der optischen Überwachungseinrichtung ausgehend vom Dichtspalt radial außerhalb des Dichtspaltes angeordnet. Hierdurch kann ein besonders einfacher Aufbau, insbesondere mit einer Anordnung der Lichtquelle ebenfalls radial außerhalb des Dichtspalts verwirklicht werden. Besonders bevorzugt sind dabei der Lichtsensor und die Lichtquelle in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ferner eine Reflektionseinrichtung, welche ausgehend vom Dichtspalt radial innen angeordnet ist. Die Reflektionseinrichtung ist vorzugsweise ein Spiegel, um das sichtbare Licht zu reflektieren. Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung eine zweite Reflektionseinrichtung, welche an einem äußeren Umfang des rotierenden Gleitrings an einem zum Dichtspalt gerichteten Bereich angeordnet ist.
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Weiter bevorzugt umfasst die optische Überwachungseinrichtung eine Auswerteeinheit, welche eingerichtet ist, eine Geometrie des Dichtspalts zu überwachen. Vorzugsweise wird hierbei eine Höhe des Dichtspalts und/oder eine Form des Dichtspalts, z. B. ob eine Breite des Dichtspalts in radialer Richtung und/oder tangentialer Richtung konstant ist oder nicht, überwacht. Weiter bevorzugt ist die Auswerteeinheit eingerichtet, eine Position des Dichtspalts relativ zu einem fixen Bezugspunkt in Axialrichtung und/oder ein Auftreten von Schwingungen und/oder eine Drehzahl des rotierenden Gleitrings zu bestimmen.
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Die Lichtquelle der optischen Überwachungseinrichtung ist vorzugsweise ein sichtbarer Laser oder eine oder mehrere LCD-Zellen.
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Besonders bevorzugt ist die optische Überwachungseinrichtung eingerichtet, um den Dichtspalt mittels sichtbarem Licht in verschiedenen Farben zu überwachen. Hierdurch können beispielsweise durch Verwendung verschiedener Farben Geometrieabweichungen des Dichtspalts einfacher erkannt werden. Bevorzugt wird ferner pulsierendes Licht verwendet.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Überwachen eines Dichtspalts einer Gleitringdichtungsanordnung, wobei die Überwachung mittels einer optischen Überwachungseinrichtung mit sichtbarem Licht erfolgt. Das sichtbare Licht wird dabei vorzugsweise in Radialrichtung von innen nach außen und/oder von außen nach innen in den Dichtspalt gerichtet. Alternativ oder zusätzlich wird das sichtbare Licht auch in tangentialer Richtung des Gleitrings in den Lichtspalt gerichtet.
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Weiter bevorzugt arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren mit farbigem und/oder gepulstem Licht.
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Vorzugsweise überwacht die optische Überwachungseinrichtung eine Geometrie des Dichtspalts und/oder eine Axialposition des Dichtspalts bezüglich eines fixen Bezugspunkts und/oder das Auftreten von Schwingungen am Dichtspalt und/oder eine Drehzahl des rotierenden Gleitrings.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In den Ausführungsbeispielen sind gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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2 eine schematische Schnittansicht in Axialrichtung X-X der Gleitringdichtungsanordnung von 1,
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3 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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5 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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6 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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7 eine schematische Darstellung einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit einem sehr kleinen Dichtspalt unter 1 μm,
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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Die Gleitringdichtungsanordnung 1 des ersten Ausführungsbeispiels umfasst einen rotierenden Gleitring 2, welcher auf einer Welle 5 angeordnet ist und sich mit dieser dreht sowie einen stationären Gleitring 3, welcher an einem stationären Gehäuse 6 angeordnet ist. Die beiden Gleitringe 2, 3 definieren zwischen sich einen Dichtspalt 4.
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Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner eine optische Überwachungseinrichtung 7, welche mittels sichtbarem Licht arbeitet. Die optische Überwachungseinrichtung 7 umfasst eine Lichtquelle 70, beispielsweise einen Laser, einen Lichtsensor 71 sowie eine Auswerteeinheit 73. Die Lichtquelle 70 sendet einen oder eine Vielzahl von parallelen Lichtstrahlen 72 aus.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, werden die Lichtstrahlen 72 von der Lichtquelle 70 in tangentialer Richtung zum rotierenden Gleitring 2 durch den Dichtspalt 4 gerichtet. Die von der Lichtquelle 70 ausgesandten Lichtstrahlen 72 gehen dabei vorzugsweise über eine gesamte Breite B des rotierenden Gleitrings 2 in Radialrichtung. Der Lichtsensor 71 ist dabei mit der Auswerteeinheit 73 verbunden, welche dann die geometrische Form des Dichtspalts 4 überwacht, um eine Zustandsüberwachung der Gleitringdichtung zu ermöglichen. Erfindungsgemäß wird somit der Zustand des Dichtspalts und damit der Zustand der Gleitringdichtungsanordnung mittels sichtbarem Licht erfasst.
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Durch die tangentiale Ausrichtung der Lichtstrahlen 72 relativ zum rotierenden Gleitring 2 kann ferner auch eine Axialposition des Dichtspalts 4, d. h. eine Position des Dichtspalts in Axialrichtung X-X bestimmt werden und somit insbesondere auf einen Verschleiß an den Gleitringen geschlossen werden.
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Es sei ferner angemerkt, dass die Lichtquelle 70 auch gepulstes Licht verwenden kann oder dass die Lichtquelle 70 mit unterschiedlichen Farben sichtbare Lichtstrahlen 72 in tangentialer Richtung in den Dichtspalt aussendet, wodurch eine exakte Vermessung des Dichtspalts, insbesondere seiner Höhe B in Radialrichtung und/oder seiner geometrischen Form, z. B. ob eine Breite des Dichtspalts in Axialrichtung X-X konstant ist, erfasst werden kann. Wenn der Dichtspalt 4 nur sehr kleine Spaltabmessungen, z. B. < 1 μm aufweist, kann die Spaltgeometrie des Dichtspalts 4 auch mit Hilfe des Effekts der Lichtbeugung erfasst werden. Dies ist schematisch in 7 erläutert, wobei der Dichtspalt 4 eine Breite von < 1 μm aufweist. Der Beugungswinkel α ist dabei ein Mass für den Abstand der beiden Gleitflächen der Gleitringe 2, 3, wobei der Dichtspalt 4 als Blende wirkt.
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3 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beim zweiten Ausführungsbeispiel ist die optische Überwachungseinrichtung 7 derart ausgebildet, dass der Lichtstrahl 72 in radialer Richtung von innen nach außen durch den Dichtspalt 4 geführt ist. Dabei ist die Lichtquelle 70 auf der Welle 5 angeordnet und der Lichtsensor 71 ist am Gehäuse 6 angeordnet. Hierbei ist vorzugsweise der Lichtsensor 71 über eine gewisse Strecke in Umfangsrichtung ausgebildet, so dass im Wesentlichen tortenstückförmige Bereiche des Dichtspalts 4 überwacht werden können. Es sei ferner angemerkt, dass auch eine Vielzahl von Lichtquellen 70 entlang des äußeren Umfangs der Welle 5 angeordnet werden können, um eine möglichst exakte Überwachung des Dichtspalts zu ermöglichen. Es sei ferner angemerkt, dass der Lichtstrahl 72 auch in anderer radialer Richtung, d. h. von außen nach innen durch den Dichtspalt 4 hindurchgeführt werden kann.
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4 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der der Erfindung. Beim dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind sowohl die Lichtquelle 70 als auch der Lichtsensor 71 in radialer Richtung außen am Dichtspalt 4 angeordnet. Vorzugsweise sind die Lichtquelle 70 und der Lichtsensor 71 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet und radial über dem Dichtspalt 4 am Gehäuse 6 positioniert. An der Welle 5 ist eine Reflektionseinrichtung 8 angeordnet, welche radial innerhalb des Dichtspaltes positioniert ist. Wie aus 4 ersichtlich ist, reflektiert die Reflektionseinrichtung 8 einen von der Lichtquelle 7 von außen nach innen durch den Dichtspalt 4 gerichteten Lichtstrahl 72, welcher durch den Dichtspalt 4 wieder zurück nach außen zum Lichtsensor 71 reflektiert wird (Pfeil 72'). Die Reflektionseinrichtung 8 ist vorzugsweise eine verspiegelte Fläche. Besonders bevorzugt ist die verspiegelte Fläche dabei entlang des gesamten Umfangs der Welle 5 vorgesehen, so dass eine sehr gute optische Zustandsüberwachung des Dichtspalts 4 realisiert werden kann.
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5 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die optische Überwachungseinrichtung 7 des vierten Ausführungsbeispiels umfasst eine Reflektionseinrichtung 9, welche an einem äußeren Umfang des rotierenden Gleitrings 2 angeordnet ist. Die zweite Reflektionseinrichtung 9 ist dabei an einem zum Dichtspalt 4 gerichteten Bereich 20 des äußeren Umfangs des rotierenden Gleitrings 2 positioniert. Mit dieser Anordnung können insbesondere Schwingungen der Gleitringe, welche die Spaltgeometrie des Dichtspalts 4 beeinflussen, erfasst werden. Wie beim dritten Ausführungsbeispiel sind die Lichtquelle 70 und der Lichtsensor 71 wieder in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Der von der Lichtquelle 70 ausgesandte Lichtstrahl 72 wird durch die Reflektionseinrichtung 9 wieder zurück zum Lichtsensor 71 reflektiert, was durch den Pfeil 72' angedeutet ist.
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6 zeigt eine Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Gleitringdichtungsanordnung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel umfasst eine optische Überwachungseinrichtung 7 mit einer ersten Lichtquelle 70 und einem ersten Lichtsensor 71 sowie einer zweiten Lichtquelle 80 und einem zweiten Lichtsensor 81. Am rotierenden Gleitring 2 ist eine erste Reflektionseinrichtung 8 angeordnet und am stationären Gleitring 3 eine zweite Reflektionseinrichtung 9 angeordnet. Hierbei sendet die erste Lichtquelle 70 einen Lichtstrahl zur ersten Reflektionseinrichtung 8, welcher reflektiert wird und vom ersten Lichtsensor 71 aufgenommen wird. Die zweite Lichtquelle 80 sendet einen zweiten Lichtstrahl zur zweiten Reflektionseinrichtung 9, welcher vom zweiten Lichtsensor 81 aufgenommen wird. Durch die Verwendung von zwei Lichtquellen/Lichtsensoren kann somit ein Abstand A zwischen den beiden reflektierten Lichtstrahlen bestimmt werden. Dieser Abstand A ist dabei unterschiedlich in einem Ruhezustand, in welchem die beiden Gleitflächen der Gleitringe 2, 3 sich berühren und einen Betriebszustand, in welchem der Spalt 4 zwischen den Gleitflächen 2, 3 vorhanden ist. Dadurch kann über einen Vergleich des Abstandes zwischen ruhendem Zustand und Betriebszustand auf einen Verschleiß an den Gleitflächen geschlossen werden, da sich der Abstand A mit zunehmender Betriebsdauer und dem nachzunehmenden Verschleiß vergrössert.
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Zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass selbstverständlich auch beliebige Kombinationen der jeweils einzeln dargestellten optischen Überwachungseinrichtungen 7 möglich sind. Beispielsweise kann der Dichtspalt 4 sowohl in tangentialer als auch in radialer Richtung mittels sichtbarem Licht überwacht werden. Auch kann jeweils zusätzlich noch eine Schwingungsüberwachung wie die in 5 gezeigte Ausgestaltung hinzugenommen werden.
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Bei allen Ausführungsbeispielen wird als Lichtquelle 70 vorzugsweise ein Laser verwendet. Auch ist zu allen Ausführungsbeispielen angemerkt, dass durch Verwendung verschiedener Farben des sichtbaren Lichts geometrische Abweichungen von einem vorgegebenen Sollzustand schneller erfasst werden können. Auch können die Lichtquellen gegebenenfalls gepulstes Licht statt einem konstanten Licht abgeben. Weiterhin kann das abgesandte und/oder aufgenommene Licht auch mittels Lichtleitern zu beliebigen Positionen außerhalb des Gehäuses gebracht werden. Dadurch können die Lichtqeulle und der Lichtsensor entfernt von der Gleitringdichtung angeordnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gleitringdichtungsanordnung
- 2
- Rotierender Gleitring
- 3
- Stationärer Gleitring
- 4
- Dichtspalt
- 5
- Welle
- 6
- Gehäuse
- 7
- Optische Überwachungseinrichtung
- 8
- Reflektionseinrichtung
- 9
- Reflektionseinrichtung
- 20
- zum Dichtspalt gerichteter Bereich
- 70
- Lichtquelle
- 71
- Lichtsensor
- 72
- Lichtstrahl
- 72'
- Reflektierter Lichtstrahl
- 73
- Auswerteeinheit
- 80
- zweite Lichtquelle
- 81
- zweiter Lichtsensor
