DE102015201168A1

DE102015201168A1 - Sensor

Info

Publication number: DE102015201168A1
Application number: DE102015201168.2A
Authority: DE
Inventors: Sebastian ZIEGLER; Julian Lang; Daniel Duelger; Dieter Schaefer; Kilian Ungemach
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2015-01-23
Filing date: 2015-01-23
Publication date: 2016-07-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor (1), insbesondere zur Überwachung des Zustands einer Lageranordnung, wobei der Sensor (1) einen Grundkörper (2) aufweist, an oder in dem ein Sensorelement (3), vorzugsweise ein Wirbelstrom-Sensor (Eddy-Current-Sensor), angeordnet ist, wobei das Sensorelement (3) von einer Umhüllung (4) umgeben ist. Um den Sensor verbessert in aggressiver Umgebung einsetzen zu können, sieht die Erfindung vor, dass die Umhüllung mit einer Beschichtung (5) versehen ist, die aus Polytetrafluorethylen (PTFE), aus Parylene oder aus Polyurethan besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensor, insbesondere zur Überwachung des Zustands einer Lageranordnung, wobei der Sensor einen Grundkörper aufweist, an oder in dem ein Sensorelement, vorzugsweise ein Wirbelstrom-Sensor (Eddy-Current-Sensor), angeordnet ist, wobei das Sensorelement von einer Umhüllung umgeben ist.
Sensoren der genannten Art werden beispielsweise in Ölraffinerien eingesetzt, um dort vorhandene Lageranordnungen zu überwachen (sog. „Condition Monitoring“). Insbesondere bei sehr aggressiver Umgebung leidet die Gebrauchsdauer der Sensoren erheblich. Als Beispiel sei ein Kompressor für Ammoniak genannt, dessen Lagerung per Sensor überwacht wird, wobei der Sensor mit dem aggressiven Ammoniak in Kontakt kommt. Hier wird beobachtet, dass der Sensor die gewünschte Einsatzdauer nicht erreicht, da das Ammoniak zerstörerisch auf den Sensor einwirkt. Statt der gewünschten Einsatzdauer von mindestens zwei Jahren, bevorzugt von fünf Jahren, fällt der Sensor dann schon nach einem Jahr aus.
Es hat sich dabei gezeigt, dass die genannte Umhüllung des eigentlichen Sensorelements (insbesondere Eddy-Current-Sensor) durch die aggressive Umgebung angegriffen wird, so dass die Schutzwirkung der Umhüllung nicht mehr gegeben ist und so der eigentliche Sensor angegriffen werden kann.
Bislang ist diesem Problem so begegnet worden, dass eine aufwändige mechanische Umhüllung gewählt wurde, beispielsweise aus Kupfer. Allerdings sind derartige Maßnahmen nicht immer möglich und in jedem Falle teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass er in aggressiver Umgebung, insbesondere in einer Umgebung mit hohem Ammoniakgehalt, einsetzbar ist, wobei seine Herstellung kostengünstig möglich sein soll. Somit wird ein verbesserter Schutz des Sensors angestrebt, der den Sensor ansonsten aber nicht negativ beeinflussen soll.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung mit einer Beschichtung versehen ist, die aus Polytetrafluorethylen (PTFE), aus Parylene oder aus Polyurethan besteht.
Das Sensorelement ist dabei bevorzugt an einem axialen Ende des hohlzylindrisch ausgebildeten Grundkörpers angeordnet.
Die Beschichtung weist, sofern sie aus Polytetrafluorethylen besteht, bevorzugt eine Dicke zwischen 100 µm und 1.500 µm auf.
Die Beschichtung weist, sofern sie aus Parylene besteht, bevorzugt eine Dicke zwischen 0,1 µm und 100 µm auf.
Die Beschichtung weist, sofern sie aus Polyurethan besteht, bevorzugt eine Dicke zwischen 1 µm und 500 µm auf.
Die Umhüllung selber besteht bevorzugt aus Polyphenylensulfid (PPS) und trägt die Beschichtung.
Die Beschichtung ist dabei, sofern sie aus Polytetrafluorethylen besteht, bevorzugt durch Aufsprühen (Brushing) oder Eintauchen in das Beschichtungsmaterial aufgebracht.
Indes ist die Beschichtung, sofern sie aus Parylene besteht, bevorzugt durch chemische oder physikalische Gasphasenabscheidung (CVD, PVD) des Beschichtungsmaterials aufgebracht. Diese Abscheideverfahren sind als solche im Stand der Technik bekannt, so dass sie hier nicht weiter beschrieben werden müssen.
Die Beschichtung erstreckt sich dabei bevorzugt über die Umhüllung hinaus bis zum Grundkörper und deckt diesen teilweise mit ab. Dies verbessert die hermetische Kapselung durch das Beschichtungsmaterial.
Der Grundkörper besteht bevorzugt aus rostfreiem Stahl und weist vorzugsweise an seinem Außenumfang ein Gewinde auf.
Die Erfindung stellt also darauf, ab, dass eine hermetische Versiegelung der Sensorumhüllung vorgesehen wird, die die genannten Materialien einsetzt. Das für die Beschichtung eingesetzte Material bildet eine nicht-poröse Schicht, die nicht bzw. nur schwer von dem aggressiven Medium, insbesondere Ammoniak, durchdrungen werden kann. Dies gilt sowohl für Gase als auch für Flüssigkeiten.
Der Sensor ist dabei bevorzugt ein Eddy-Current-Sensor.
Bevorzugte Anwendungsbereiche sind Überwachungssensoren in der Öl- bzw. Gasproduktion, auch im Unterwasserbereich und insbesondere in Raffinerien. Hierbei ist insbesondere an Gaskompressoren für aggressive Medien gedacht.
Vorteilhaft ist eine wesentlich längere Gebrauchsdauer des Sensors. Diese kann mit kostengünstigen Mitteln realisiert werden.
Die bevorzugt vorgesehenen Eddy-Current-Sensoren sind als solche im Stand der Technik hinlänglich bekannt, so dass sie hier nicht weiter beschrieben werden müssen. Hierbei gilt, dass ein leitender Körper in einem Magnetfeld bewegt wird, wodurch in diesem Feld Wirbelströme auftreten, weil im leitenden Material eine Spannung induziert wird. Mit diesem Prinzip können Längen und Dicken elektrisch leitender Werkstoffe im Bereich zwischen 0,5 mm und 140 mm bestimmt werden. Diese Sensoren gehören zu der Klasse der berührungslosen Abstandsmesser. Sie sind unempfindlich gegenüber Medien wie Öl, Wasser und Staub im Messspalt, weshalb sie für die oben genannten Zwecke besonders geeignet sind. Sie reagieren nur auf Metalle in diesem Spalt.
Auch Polytetrafluorethylen (PTFE) ist als solches bekannt, es handelt sich um ein unverzweigtes, linear aufgebautes, teilkristallines Polymer aus Fluor und Kohlenstoff.
Als Parylene werden eine Gruppe inerte, hydrophobe, optisch transparente, polymere Beschichtungsmaterialien mit einem weiten industriellen Anwendungsspektrum bezeichnet. Neben dem Kohlenwasserstoff Poly-p-xylylen (häufig als Parylene N bezeichnet) finden auch halogenierte Polymere Anwendung. Wie bereits oben erwähnt, wird die Beschichtung bevorzugt im Vakuum durch Kondensation aus der Gasphase als porenfreier und transparenter Polymerfilm auf das Substrat aufgetragen. Aufgrund der gasförmigen Abscheidung können auch Bereiche und Strukturen erreicht und beschichtet werden, welche mit flüssigkeitsbasierten Verfahren nicht beschichtbar sind, wie z. B. scharfe Ränder und Spitzen oder enge und tiefe Spalten, was für den vorliegenden Anwendungsfall besonders vorteilhaft hat. In einem Arbeitsgang können Beschichtungsdicken von 0,1 bis 50 µm aufgebracht werden.
Polyurethane sind Kunststoffe oder Kunstharze, die aus der Polyadditionsreaktion von Dialkoholen (Diolen) beziehungsweise Polyolen mit Polyisocyanaten entstehen. Charakteristisch für Polyurethane ist die Urethan-Gruppe. Diole und Diisocyanate führen zu linearen Polyurethanen, vernetzte Polyurethane durch Umsetzung von beispielsweise Triisocyanat-Diisocyanat-Gemischen mit Polyolen.
Polyphenylensulfid (Kurzzeichen PPS, auch Poly(thio-p-phenylen) genannt) ist ein hochtemperaturbeständiger thermoplastischer Kunststoff mit der allgemeinen Formel (SC₆H₄)_n. Technisch wird es meist durch Polykondensation von 1,4-Dichlorbenzol mit Natriumsulfid in aprotischen Lösemitteln wie N-Methylpyrrolidon hergestellt. PPS ist ein teilkristalliner Hochleistungskunststoff. Durch die Verbindung aromatischer Monomereinheiten über Schwefelatome entstehen besonders widerstandsfähige Polymere, deren gute mechanische Eigenschaften auch bei Temperaturen weit über 200 °C erhalten bleiben, so dass ein Dauereinsatz je nach Belastung bis 240 °C möglich ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt im Schnitt einen Sensor.
Der Sensor 1 weist eine im wesentlichen zylindrische Bauweise auf. Hierbei ist ein Grundkörper 2 aus Stahl vorhanden, der an seinem Außenumfang ein Gewinde 6 aufweist. Somit kann der Sensor 1 in eine Gewindebohrung eines (nicht dargestellten) Bauteils eingeschraubt werden, um beispielsweise eine Lageranordnung zu überwachen (sog. Condition Monitoring).
Am linken axialen Ende des Grundkörpers 2 ist das eigentliche Sensorelement 3 angeordnet, das vorliegend ein Eddy-Current-Sensor ist. Zum Schutz des Sensorelements 3 ist einen Umhüllung 4 aus PPS (auch Ryton genannt) vorhanden.
Um den Sensor 1 in besonderer Weise gegen aggressive Medien zu schützen, ist vorgesehen, dass die Umhüllung mit einer Beschichtung 5 versehen ist. Diese Beschichtung besteht aus einem der Materialien Polytetrafluorethylen, Parylene oder Polyurethan.
Die Dicke der Beschichtung 5 ist in der Figur in stark übertriebener Weise dargestellt. In Wirklichkeit sind dünne Beschichtungsdicken – wie oben erwähnt – vorgesehen.
Weiterhin ist angedeutet, dass der Sensor auch in seinem rechten axialen Endbereich, nämlich dort, wo ein Kabel 7 aus dem Grundkörper 2 austritt, mit der besagten Beschichtung 5 versehen ist, um auch hier eine hermetische Abdichtung gegen aggressive Medien zu bewerkstelligen.
Bezugszeichenliste

1: Sensor
2: Grundkörper
3: Sensorelement (Eddy-Current-Sensor)
4: Umhüllung
5: Beschichtung
6: Gewinde
7: Kabel

Claims

Sensor (1), insbesondere zur Überwachung des Zustands einer Lageranordnung, wobei der Sensor (1) einen Grundkörper (2) aufweist, an oder in dem ein Sensorelement (3), vorzugsweise ein Wirbelstrom-Sensor (Eddy-Current-Sensor), angeordnet ist, wobei das Sensorelement (3) von einer Umhüllung (4) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung mit einer Beschichtung (5) versehen ist, die aus Polytetrafluorethylen (PTFE), aus Parylene oder aus Polyurethan besteht.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (3) an einem axiale Ende des hohlzylindrisch ausgebildeten Grundkörpers (2) angeordnet ist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) aus Polytetrafluorethylen eine Dicke zwischen 100 µm und 1.500 µm aufweist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) aus Parylene eine Dicke zwischen 0,1 µm und 100 µm aufweist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) aus Polyurethan eine Dicke zwischen 1 µm und 500 µm aufweist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung (4) aus Polyphenylensulfid (PPS) besteht und die Beschichtung (5) trägt.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) aus Polytetrafluorethylen durch Aufsprühen oder Eintauchen in das Beschichtungsmaterial aufgebracht ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (5) aus Parylene durch chemische oder physikalische Gasphasenabscheidung (CVD, PVD) des Beschichtungsmaterials aufgebracht ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Beschichtung (5) über die Umhüllung (4) hinaus bis zum Grundkörper (2) erstreckt und diesen teilweise mit abdeckt.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) aus rostfreiem Stahl besteht und vorzugsweise an seinem Außenumfang ein Gewinde (6) aufweist.