-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine erosive Umgebung sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Schutzschicht in einer erosiven Umgebung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Schutzschicht, deren Dicke überwacht werden kann.
-
Stand der Technik
-
In vielen industriellen Bereichen werden staubartige Substanzen über Rohrleitungen transportiert. Derlei staubartige Substanzen können zum Beispiel Staubkohle, Zement, Mehl oder andere pulverartige Stoffe umfassen. Zur Überwachung der Eigenschaften dieser staubartigen Substanzen kann eine Messvorrichtung vorgesehen werden, in der sich eine Probe des Staubs ansammelt, die dann über einen geeigneten Messkopf vermessen werden kann. Solche Messvorrichtungen sind zum Beispiel aus der
DE 10 2013 203 109 A1 und der nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102015201130.5 bekannt.
-
In einer sicherheitskritischen Umgebung können Messvorrichtungen für staubartige Substanzen selbst zu einem Sicherheitsrisiko werden, wenn der mechanische Schutz in der Messvorrichtung versagt. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass ein Staub-Luft-Gemisch von der Messvorrichtung in die Umgebung austritt. Bereits das reine Austreten eines solchen Staub-Luft-Gemisches kann aufgrund eines hohen Druckes innerhalb der Messvorrichtung für Personen oder Geräte in der Umgebung eine beachtliche Gefahr darstellen. Darüber hinaus kann sich durch das Austreten des Staub-Luft-Gemisches gegebenenfalls auch eine stark explosionsgefährliche Atmosphäre bilden. Daher werden an die Widerstandsfähigkeit der Messtaschen solcher Messvorrichtungen sehr hohe Anforderungen gestellt. Ferner müssen solche Messvorrichtungen regelmäßig sehr genau gewartet werden, um ein mögliches Versagen frühzeitig zu erkennen.
-
Es besteht daher ein Bedarf nach einem Schutz von Bauteilen in einer erosiven Umgebung, dessen Zuverlässigkeit kontinuierlich überwacht werden kann. Ferner besteht ein Bedarf nach einem Schutz für erosive Umgebungen, dessen Versagen frühzeitig erkannt werden kann.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Hierzu schafft die vorliegende Erfindung gemäß einem ersten Aspekt eine Schutzvorrichtung für eine erosive Umgebung, mit einer Schutzschicht, einer Sensorschicht und einer Detektorvorrichtung. Die Schutzschicht weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Die Unterseite der Schutzschicht ist dabei gegenüber der Oberseite angeordnet. Die Sensorschicht ist an der Unterseite der Schutzschicht angeordnet und dazu ausgelegt, ein Ausgangssignal bereitzustellen, das von einer Dicke zwischen Oberseite und Unterseite der Schutzschicht abhängig ist. Die Detektorvorrichtung ist dazu ausgelegt, basierend auf dem von der Sensorschicht bereitgestellten Ausgangssignal eine Veränderung der Dicke zwischen Oberseite und Unterseite der Schutzschicht zu detektieren.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Überwachung einer Schutzschicht für eine erosive Umgebung mit den Schritten des Bereitstellens einer Sensorschicht an einer Unterseite der Schutzschicht, wobei die Unterseite der Schutzschicht von der erosiven Umgebung abgewandt ist; des Erfassens eines von der Sensorschicht bereitgestellten Messwerts; und des Detektierens einer Veränderung einer Dicke der Schutzschicht in Abhängigkeit des erfassten Messwerts.
-
Vorteile der Erfindung
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Funktionsfähigkeit einer Schutzschicht, wie zum Beispiel einer Armierung zum Erosionsschutz, kontinuierlich zu überwachen. Bei dieser Schutzschicht handelt es sich insbesondere um eine Beschichtung einer Materialwand zum Schutz der Materialwand vor Erosion durch ein hochaggressives Partikel-Luft-Gemisch. Eine Seite der Schutzschicht ist dabei einer erosiven Umgebung zugewandt, wie sie beispielsweise durch das zuvor erwähnte Partikel-Luft-Gemisch entstehen kann. Auf der gegenüberliegenden Seite der Schutzschicht ist ferner eine Sensorschicht angeordnet, mittels derer eine Überwachung der Funktionsfähigkeit der Schutzschicht durchgeführt werden kann. Schutzschicht und Sensorschicht können dabei einerseits grundsätzlich voneinander unterschiedlich sein. Andererseits ist es auch möglich, dass auch die Sensorschicht aus dem gleichen Material wie die Schutzschicht gefertigt ist, oder ein weiteres erosionsbeständiges Material umfasst, wobei sich die Schutzschicht dadurch auszeichnet, dass sie Sensorelemente zum Erfassen einer Veränderung in der Schutzschicht aufweist. Durch diese Sensorelemente in der Schutzschicht kann somit auch während eines operationellen Betriebs einer Vorrichtung mit der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung kontinuierlich die Zuverlässigkeit des Erosionsschutzes überwacht werden.
-
Die Sensorschicht stellt dabei mindestens einen Parameter bereit, der von einer Detektorvorrichtung erfasst und ausgewertet werden kann. Durch das Überwachen des Sensorparameters von der Sensorschicht kann die Detektorvorrichtung damit unmittelbar eine Veränderung in der Dicke und somit in dem Schutzverhalten der Schutzschicht erkennen. Hierdurch kann ein Absinken der Schutzfähigkeit der Schutzschicht frühzeitig erkannt werden und bereits vor dem vollständigen Versagen der Schutzvorrichtung in den Betriebsablauf eingegriffen werden. Beispielsweise kann bereits vor dem vollständigen Versagen der Schutzfähigkeit der Schutzvorrichtung ein Alarmsignal ausgegeben werden oder der Betrieb der durch die Schutzvorrichtung geschützten Komponente vollständig eingestellt werden. Hierdurch können gefährliche Betriebszustände, die sich nach dem Versagen des Schutzes ergeben würden, vermieden werden.
-
Durch das kontinuierliche Überwachen der Zuverlässigkeit des Schutzes kann einerseits die Sicherheit des Systems erhöht werden. Andererseits bietet die kontinuierliche Überwachung der Schutzfähigkeit auch die Möglichkeit, die Wartungsintervalle zur Kontrolle zu verlängern, da die Funktionsfähigkeit des Schutzes kontinuierlich und automatisch überwacht wird. Durch die Erhöhung der Wartungsintervalle können die Betriebskosten eines mit einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung ausgestatteten Systems gesenkt werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist die Oberseite der Schutzschicht einer erosiven Umgebung zugewandt. Somit befindet sich die Unterseite der Schutzvorrichtung mit der Sensorschicht auf einer der erosiven Umgebung abgewandten Seite. Die Sensorschicht ist daher nicht der erosiven Umgebung unmittelbar ausgesetzt.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Sensorschicht einen Magnetfeldsensor, einen Ultraschallsensor, einen Drucksensor für ein Fluid, optisch leitfähige Elemente und/oder elektrisch leitfähige Elemente.
-
Die Sensorschicht zur Überwachung der Funktionsfähigkeit der Schutzschicht kann je nach Anwendungsfall somit durch zahlreiche unterschiedliche Sensoren realisiert werden. Dies bietet die Möglichkeit, für jeden Anwendungsfall individuell ein optimales Sensorsystem einzusetzen. Magnetfeldsensoren können dabei eine Veränderung der magnetischen Eigenschaften in der Schutzschicht detektieren. Ein Ultraschallsensor kann durch Detektion der Abweichung in dem an der Schutzschicht reflektierten Ultraschallsignal eine Veränderung registrieren. Wird durch die Schutzschicht und/oder die Sensorschicht ein Fluid geleitet, beispielsweise zur Kühlung, so kann ein Drucksensor einen Abfall des Drucks dieses Fluids registrieren, was auf ein Leck hindeutet. Optisch oder elektrisch leitfähige Elemente können bei bevorstehendem Versagen der Schutzschicht ihre Eigenschaften ändern, was ebenfalls detektiert werden kann.
-
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Schutzschicht einen Magnetwerkstoff.
-
Magnetwerkstoffe können in ihrer Umgebung ein magnetisches Feld hervorrufen, welches dann wieder von einem geeigneten Sensor erfasst werden kann. Wird nun die Schutzschicht während ihres Betriebs beschädigt, so nimmt, beispielsweise aufgrund des geringer werdenden Materialanteils, die magnetische Feldstärke ab. Aber auch ein Temperaturanstieg kann dazu führen, dass sich die magnetische Feldstärke des Magnetwerkstoffes ändert. Diese Variation der magnetischen Feldstärke kann dann ausgewertet werden und dient als Maß für die Güte der Schutzschicht.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sensorschicht eine Kohlefaser-verstärkte Keramik. Sind die Kohlefasern in dieser Kohlefaser-verstärkten Keramik gegeneinander isoliert, so können sie als einzelne elektrische Leiter betrachtet werden. Bei einem bevorstehenden Versagen der Schutzschicht können sich die elektrischen Eigenschaften dieser Kohlefasern ändern, was wiederum detektiert werden kann und als Hinweis auf eine Beschädigung der Schutzschicht dient.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sensorschicht optisch leitfähige Fasern. Insbesondere kann es sich bei diesen optisch leitfähigen Fasern um Fasern aus Saphir handeln.
-
Optisch leitfähige Fasern können ihre Eigenschaften verändern, wenn die vor der Sensorschicht liegende Schutzschicht beschädigt wird. Beispielsweise kann ein durch die leitfähigen Fasern gesendeter Lichtpuls ausgewertet werden, um eine Veränderung in der Lichtintensität und/oder der Polarisation zu detektieren. Dies kann als Hinweis auf ein Versagen der Schutzschicht gedeutet werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt zum Erfassen eines von der Sensorschicht bereitgestellten Messwerts in dem erfindungsgemäßen Verfahren das Erfassen eines Magnetfelds, das Empfangen eines Ultraschallsignals, das Bestimmen eines Drucks in einem Fluid, das Erfassen eines Lichtsignals und/oder das Messen eines Stroms oder einer Spannung.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt zum Detektieren einer Veränderung eine Dicke der Schutzschicht ferner einen Schritt zum Bestimmen einer räumlichen Position, an der sich die Dicke der Schutzschicht verändert hat.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Gasturbine mit einem Brennraum, der eine erfindungsgemäße Schutzschicht umfasst.
-
Gemäß noch einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Messkammer mit einer erfindungsgemäßen Schutzschicht. Insbesondere schafft die vorliegende Erfindung eine Partikelmesskammer zum Messen der Partikeleigenschaften von Stäuben.
-
Gemäß noch einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Messvorrichtung mit einer Messkammer, wobei die Messvorrichtung eine Reinigungsvorrichtung zum Einblasen eines Fluids in die Messkammer umfasst.
-
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Schutzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
-
2 eine schematische Darstellung einer Leitungsanordnung in einer Sensorschicht einer Schutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
-
3 eine schematische Darstellung einer alternativen Leitungsführung in einer Sensorschicht einer Schutzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
-
4 eine schematische Darstellung einer Schutzvorrichtung gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel;
-
5 eine schematische Darstellung einer Schutzvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel im Fehlerfall;
-
6 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung mit einer Messtasche gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
-
7 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel zugrunde liegt.
-
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schutzvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Schutzvorrichtung 1 umfasst eine Schutzschicht 10, eine Sensorschicht 20 und eine Detektorvorrichtung 30. Die Schutzvorrichtung 10 weist eine Oberseite 11 auf. Diese Oberseite 11 ist einer erosiven Umgebung zugewandt. Beispielsweise kann die Oberseite 11 einer Betriebsumgebung zugewandt sein, in der erosive Substanzen oder Gemische, wie zum Beispiel ein Staub-Luft-Gemisch oder ähnliches vorhanden sind. Diese Schutzschicht 10 kann beispielsweise eine besonders beständige Metalllegierung, beispielsweise eine Legierung auf Basis von Nickel oder ähnlichem umfassen. Auch einsatzgehärtete Stähle sind möglich. Diese werden beispielsweise in einer stickstoffhaltigen oder kohlenstoffhaltigen Atmosphäre unter hohen Temperaturen oberflächengehärtet. Alternativ sind auch Hartmetalle für die Schutzschicht 10 möglich. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Schutzschicht 10 in einem Plasmapulver-Auftragsprozess zu härten. Ferner kann die Schutzschicht 10 auf der Oberseite 11 eine Oberfläche aufweisen, die mittels eines Laser-Pulver-Auftragsschweißens gehärtet wurde. Insbesondere ist hierzu zum Beispiel Stellite 6 oder Stellite 21 möglich.
-
Die Schutzschicht 10 weist gegenüber der Oberseite 11 eine Unterseite 12 auf. An dieser Unterseite 12 ist die Sensorschicht 20 angeordnet. Die Sensorschicht 20 umfasst dabei geeignete Sensorelemente, die es ermöglichen, die Funktionsfähigkeit der Schutzschicht 10 zu überwachen. Mögliche Ausführungsformen der Sensorschicht 20 werden im Nachfolgenden noch näher beschrieben.
-
Die Sensorschicht 20 ist über einen oder mehrere Anschlüsse 21, 22 mit der Detektorvorrichtung 30 verbunden. Die Detektorvorrichtung 30 wertet die von der Sensorschicht 20 ausgegebenen Signale aus, analysiert diese und bestimmt daraus den Zustand der Schutzschicht 10. Die genaue Funktionsweise der Detektorvorrichtung 30 zur Auswertung der Signale aus der Sensorschicht 20 hängt dabei jeweils individuell von den in der Sensorschicht 20 eingearbeiteten Sensorelementen ab.
-
Grundsätzlich ist es dabei möglich, dass es sich bei der Schutzschicht 10 und der Sensorschicht 20 um jeweils um separate, eigenständige Schichten handelt. So ist es beispielsweise möglich, die Schutzschicht 10 vollständig separat von der Sensorschicht 20 herzustellen und diese anschließend in einem weiteren Arbeitsschritt zusammenzufügen. Alternativ ist es auch möglich, dass die Schutzschicht 10 und Sensorschicht 20 einen in sich geschlossenen Aufbau bilden, der aus einem gemeinsamen Material oder einem zusammenhängenden Verbundwerkstoff gefertigt wird. In diesem Fall ist unter der Unterscheidung zwischen Schutzschicht 10 und Sensorschicht 20 zu verstehen, dass im Bereich der Schutzschicht 10 keine Sensorelemente zur Überwachung der Funktionsfähigkeit vorhanden sind, während im Bereich der Sensorschicht 20 zusätzliche Elemente vorhanden sind, die es ermöglichen, den Zustand des Aufbaus zu bestimmen. Es ist also auch möglich, dass auch die Sensorschicht 20 ein Material umfasst, welches eine hohe Widerstandskraft, insbesondere eine hohe Erosionsbeständigkeit aufweist, wie dies für die Schutzschicht 10 gefordert wird.
-
Die Überwachung des Zustands der Schutzschicht 10 und damit der Schutzfähigkeit des gesamten Aufbaus kann dabei mittels zahlreicher, unterschiedlicher Sensoren erfolgen. Insbesondere kann die Sensorschicht 20 Sensoren umfassen, die auf Basis eines elektrischen Stroms oder einer elektrischen Spannung arbeiten. Auch optische Sensoren oder Sensoren, die einen Druckabfall eines Fluids auswerten, sind möglich. Darüber hinaus kann die Sensorschicht 20 auch magnetische Sensoren umfassen. Auch eine Überwachung der Schutzschicht 10 mittels Ultraschallsensoren oder ähnlichem ist möglich. Einzelheiten hierzu werden im Nachfolgenden noch näher beschrieben.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von elektrischen Leiterbahnen in der Sensorschicht 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie dabei zu erkennen ist, umfasst der Leitungsaufbau von elektrisch leitfähigen Leiterbahnen in der Schutzschicht 20 dabei zwei voneinander elektrisch isolierte Gruppen von Leiterbahnen. Eine erste Gruppe von Leiterbahnen ist dabei mit einem ersten Anschluss 21 verbunden. Eine zweite Gruppe von Leiterbahnen ist mit einem zweiten Anschluss 22 verbunden. Die beiden Gruppen von Leiterbahnen können dabei jeweils eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden elektrischen Leiterbahnen aufweisen. Grundsätzlich sind jedoch auch beliebige andere Strukturen von Leiterbahnen möglich, solange es sich dabei um zwei voneinander elektrisch isolierte Gruppen von Leiterbahnen handelt. Solange die Schutzschicht 10 oberhalb der Sensorschicht 20 intakt ist, sind die beiden Gruppen von Leiterbahnen somit elektrisch voneinander isoliert. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen dem ersten Anschluss 21 und dem zweiten Anschluss 22 kann durch Messen eines elektrischen Stroms der Widerstand zwischen den beiden Gruppen von Leiterbahnen bestimmt werden. Solange die Schutzschicht 10 oberhalb der Sensorschicht 20 intakt ist, sind die beiden Gruppen von Leiterbahnen gegeneinander elektrisch isoliert und der elektrische Widerstand zwischen den beiden Gruppen von Leiterbahnen ist hoch. Wird dagegen die Schutzschicht 10 beschädigt, so kann der elektrische Widerstand zwischen den beiden Gruppen von Leiterbahnen sinken. Beispielsweise kann durch eine Beschädigung in der Schutzschicht 10 eine elektrisch leitfähige Substanz in die Sensorschicht 20 eindringen und eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Gruppen von Leiterbahnen herstellen. Bei Anliegen einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Anschlüssen 21 und 22 kann die Detektorvorrichtung 30 daraufhin ein Absinken des elektrischen Widerstands zwischen den beiden Gruppen von Leiterbahnen erkennen. Daraus kann die Detektorvorrichtung 30 schließen, dass eine Beschädigung der Schutzschicht 10 vorliegt. In diesem Fall kann die Detektorvorrichtung 30 ein Alarmsignal ausgeben. Alternativ können auch automatisch Schaltvorgänge angestoßen werden, die gegebenenfalls Abschaltvorgänge oder ähnliches einleiten. Bei dem zuvor beschriebenen Überwachen des elektrischen Widerstands zwischen zwei Gruppen von voneinander isolierten Leiterbahnen kann somit bei Unterschreiten eines vorgegebenen elektrischen Widerstands eine Beschädigung der Schutzschicht 10 detektiert werden. Auch eine mehrstufige Detektion in Abhängigkeit von einem detektierten elektrischen Widerstand ist dabei möglich. So kann beispielsweise bei Unterschreiten eines ersten vorgegebenen Schwellwerts für den elektrischen Widerstand zunächst ein Warnsignal ausgegeben werden und bei Unterschreiten eines zweiten Schwellwerts für den elektrischen Widerstand ein Abschaltvorgang eingeleitet werden.
-
3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Struktur für eine elektrische Leiterbahn in einer Sensorschicht 20. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform wird zwischen den beiden Anschlüssen 21 und 22 an der Schutzschicht 20 durch die Leiterbahn eine elektrisch leitfähige Verbindung geschaffen. Wie in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kann es sich zum Beispiel um eine mäanderförmige Leiterbahnstruktur handeln. Aber auch beliebige andere Leiterbahnstrukturen, die eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlusspunkten 21 und 22 schaffen und dabei eine möglichst große Fläche abdecken, sind möglich. Wird in diesem Ausführungsbeispiel die oberhalb der Sensorschicht 20 angeordnete Schutzschicht 10 beschädigt, so kann durch Eindringen einer Substanz in die beschädigte Schutzschicht 10 die Leiterbahn zwischen den Anschlusspunkten 21 und 22 unterbrochen werden. Die Detektorvorrichtung 30 kann in diesem Fall die Unterbrechung der Leiterbahn erkennen und daraus auf eine Beschädigung der Schutzschicht 10 schließen.
-
In den beiden vorausgegangenen Ausführungsbeispielen für elektrische Leiterbahnen wurde jeweils die gesamte Schutzschicht 10 vollständig durch eine darunter angeordnete Sensorschicht 20 überwacht. Darüber hinaus ist es jedoch auch möglich, die Sensorschicht 20 in mehrere Teilbereiche zu unterteilen und für jeden dieser Teilbereiche eine separate Auswertung durch die Detektorvorrichtung 30 auszuführen. Hierdurch ist es möglich, bei einer Beschädigung der Schutzschicht 10 durch das korrespondierende darunter angeordnete Sensorelement 20 eine genaue Lokalisierung der Beschädigung in der Schutzschicht 10 auszuführen. In diesem Fall kann durch die Detektorvorrichtung 30 auch eine Bewertung der Position durchgeführt werden. So kann beispielsweise je nach Position der Beschädigung in der Schutzschicht 10 eine unterschiedliche Benachrichtigung ausgegeben werden. Auch eine Klassifizierung je nach Ort der Beschädigung ist möglich.
-
Weist die Schutzschicht 10 nur an einer weniger kritischen Stelle eine Beschädigung auf, so kann zunächst ein Hinweis auf eine zeitnahe Wartung ausgegeben werden, während eine Beschädigung an einer besonders sicherheitsrelevanten Stelle zu einer sofortigen Abschaltung der gesamten Anlage führen kann.
-
Für die Überwachung der Schutzschicht 10 durch eine Sensorschicht 20 mit elektrisch leitfähigen Strukturen kann dabei auf beliebige Weise eine geeignete elektrische Struktur in die Sensorschicht 20 eingebracht werden. Insbesondere ist es auch möglich, die Sensorschicht 20 mit kohlenstoffhaltigen Faser zu versehen, die eine geeignete elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Beispielsweise kann hierzu die Sensorschicht 20 eine Kohlenstofffaser-verstärkte Keramik umfassen.
-
Neben einer Sensorschicht 20 mit elektrisch leitfähigen Strukturen ist es darüber hinaus auch möglich, die Sensorschicht 20 mit optisch leitfähigen Elementen zu versehen. In diesem Fall kann durch Auswertung des durch diese optisch leitfähigen Elemente gesendeten Lichts, eine Überwachung des Zustands der Schutzschicht 10 erfolgen. Beispielsweise kann die Sensorschicht 20 auch optisch leitfähige Fasern, wie zum Beispiel Saphirfasern aufweisen. Solange die Schutzschicht 10 oberhalb der Sensorschicht 20 intakt ist, wird das Licht durch diese optisch leitfähigen Fasern sehr gut hindurch geleitet werden. Wird die Schutzschicht 10 dagegen beschädigt, so dass die Dicke der Schutzschicht zumindest an einer Teilstelle sinkt oder gegen Null geht, so kann dies zu einer Veränderung der Eigenschaften in den optisch leitfähigen Fasern in der Sensorschicht 20 führen. Daraufhin kann sich entweder die Polarisation des Lichts durch die optisch leitfähigen Fasern ändern bzw. die Dämpfung der Fasern nimmt zu, so dass eine Intensität des in der Detektorvorrichtung 30 empfangenen Lichts sinken wird. Hieraus kann ebenfalls auf eine Beschädigung in der Schutzschicht 10 oberhalb der Sensorschicht 20 geschlossen werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Zustand der Schutzschicht 10 auch durch ein Fluid, insbesondere ein Gas oder eine Flüssigkeit überwacht werden, das unterhalb der Schutzschicht 10 durch die Sensorschicht 20 geleitet wird. Dieses Fluid kann auch gleichzeitig als Kühlmedium dienen. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Schutzvorrichtung 1 mit einer Sensorschicht 20, die von einem Fluid durchströmbar ist. Die Sensorschicht 20 weist dabei mehrere Kanäle 23 auf, die bis zur Schutzschicht 10 oder zumindest bis kurz vor die Schutzschicht 10 ragen. Solange die Schutzschicht 10 intakt ist, ist die Sensorschicht 20 zwischen dem ersten Anschluss 21 und dem zweiten Anschluss 22 geschlossen und das Fluid fließt vollständig zwischen diesen beiden Anschlüssen 21 und 22.
-
5 zeigt den Aufbau aus 4 mit einer beschädigten Schutzschicht 10. In diesem Fall ist die Dicke der Schutzschicht 10 zumindest an einer Stelle derart gering geworden, dass an dieser Stelle ein Teil des Fluids austreten kann. Hierdurch sinkt beispielsweise der Druck des Fluids innerhalb der Sensorschicht 20. Dieser Druckabfall kann daraufhin beispielsweise von der Detektorvorrichtung 30 erfasst und ausgewertet werden. Bei einem Druckabfall kann somit die Detektorvorrichtung 30 ein entsprechendes Alarmsignal ausgeben.
-
Ferner ist es auch möglich, die Unterseite 12 der Schutzschicht 10 mit einem geeigneten Signal zu beaufschlagen und eine Reflexion dieses Signals durch einen geeigneten Sensor in der Sensorschicht 20 auszuwerten. Ein solches Signal, mit dem die Unterseite 12 der Schutzschicht 10 beaufschlagt wird, kann unter anderem ein optisches Signal im sichtbaren oder unsichtbaren (infraroten oder ultravioletten) Licht sein. Eine Beschädigung der Schutzschicht 10 kann dabei zu Löchern oder einer Deformation führen, so dass das auf die Unterseite 12 der Schutzschicht 10 einfallende Signal in seiner Reflexion verändert, insbesondere gedämpft, wird. Wird durch einen Sensor in der Sensorschicht 20 beispielsweise weniger Licht empfangen, so kann daraus ebenfalls auf eine Beschädigung der Schutzschicht 10 geschlossen werden. Neben einer Beaufschlagung der Unterseite 12 der Schutzschicht 10 mit Licht ist es ebenso möglich, die Unterseite 12 der Schutzschicht 10 mit einem Ultraschallsignal oder mit elektromagnetischen Wellen zu beaufschlagen. Entsprechend kann durch einen geeigneten Ultraschall- oder Mikrowellenempfänger in der Sensorschicht 20 das empfangene Signal ausgewertet werden. Auch in diesem Fall führt eine Beschädigung oder eine Variation in der Dicke der Schutzschicht 10 zu einer Variation des von der Unterseite 12 der Schutzschicht 10 reflektierten Anteils an Ultraschall- bzw. Mikrowellensignalen. Unterschreitet das von dem entsprechenden Sensorelement in der Sensorschicht 20 empfangene Signal einen Schwellwert, so kann die Detektorvorrichtung 30 daraufhin eine entsprechende Signalisierung für eine Beschädigung der Schutzschicht 10 ausgeben. Insbesondere kann gerade bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform die Variation des reflektierten Signals auch als ein Maß für die Güte der Schutzschicht 10 herangezogen werden. Daher kann auch bereits vor dem vollständigen lokalen Versagen der Schutzschicht 10 an einer bestimmten Stelle bereits zuvor aus den ausgewerteten Signalen auf das Bevorstehen eines solchen Ereignisses geschlossen werden. Entsprechend kann auch bereits vor dem vollständigen Versagen der Schutzschicht 10 durch die Detektorvorrichtung 30 ein Hinweis auf eine anstehende Wartung bzw. Inspektion der Schutzschicht 10 ausgegeben werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Schutzschicht 10 auch einen Magnetwerkstoff umfassen. Unter einem Magnetwerkstoff ist in diesem Zusammenhang ein Material zu verstehen, das von sich aus ein statisches Magnetfeld hervorruft. Insbesondere wenn der Magnetwerkstoff in der Schutzschicht 10 so ausgerichtet ist, dass er über die gesamte Fläche oder einen vorbestimmten Teilbereich ein homogenes Magnetfeld hervorruft, so kann dieses Magnetfeld durch einen Magnetfeldsensor in der Sensorschicht 20 erfasst und ausgewertet werden. Beispielsweise kann es sich bei diesem Magnetfeldsensor in der Sensorschicht 20 um einen Hall-Sensor handeln. Aber auch andere Magnetfeldsensoren sind darüber hinaus ebenso möglich.
-
Ferner ist es auch möglich, dass der Magnetwerkstoff nicht oder nicht nur in der Schutzschicht 10, sondern zusätzlich oder alternativ im oberen Bereich der Sensorschicht angeordnet ist. Auch in diesen Fällen kann mittels eines in der Sensorschicht 20 angeordneten Magnetfeldsensors das Magnetfeld erfasst werden. Wird die Schutzschicht 10 während des Betriebs beschädigt, so sinkt der Anteil des Magnetwerkstoffs in der Schutzschicht 10 oder gegebenenfalls auch in der darunter angeordneten Sensorschicht 20. Diese Abnahme des Magnetwerkstoffs führt zu einer Veränderung des Magnetfelds, der daraufhin von einem geeigneten Magnetfeldsensor detektiert werden kann. Auf diese Weise kann eine Variation des Magnetfelds dazu herangezogen werden, eine Beeinträchtigung der Schutzschicht 10 insbesondere der Dicke der Schutzschicht 10 zu detektieren. Ferner kann es sich bei dem Magnetwerkstoff in der Schutzschicht 10 bzw. der Sensorschicht 20 auch um einen Magnetwerkstoff handeln, der bereits bei geringen Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen um ca. 80°C, 100°C oder ähnlichem, in seiner Magnetwirkung beeinträchtigt wird. In diesem Fall kann auch bereits ein Anstieg der Temperatur (z.B. aufgrund einer sinkenden Dicke der Schutzschicht 10) zu einer Abnahme des Magnetfelds führen, der daraufhin von dem Magnetfeldsensor detektiert werden kann.
-
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Messtasche 110 in einer Messvorrichtung 100. Bei dieser Messvorrichtung 100 kann es sich beispielsweise um eine Messvorrichtung für Partikel bzw. Staube bzw. Staubgemische handeln. Der zu messende Stoff bzw. ein Staub-Luft-Gemisch mit dem zu messenden Stoff kann dabei in Pfeilrichtung durch die Messvorrichtung 100 strömen. Die Messvorrichtung 100 weist dabei beispielsweise einen Detektor 120 auf, mittels dem die zu analysierende Substanz überwacht werden kann. Der Detektor 120 ist dabei zum Beispiel mittels einer Glasscheibe 130 oder ähnlichem von der Messkammer 110 mit dem zu analysierenden Stoff getrennt. Um eine Verschmutzung dieser Glasscheibe 130 zu beseitigen, kann dabei mittels einer Reinigungsvorrichtung 140 ein Fluid eingeblasen werden. Durch das Einblasen dieses Fluids wird daraufhin eine mögliche Verunreinigung auf der Glasscheibe 130 vor dem Detektor 120 beseitigt. Während dieses Reinigungsvorgangs kann es jedoch zu erosiven Staub-Luft-Gemischen kommen, die zu einer Beschädigung der Messkammer 110 führen könnten. Daher können die Seitenwände 200 der Messkammer 110 mit einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung 1 versehen werden. Wird durch die Schutzvorrichtung 1 dabei eine Beschädigung in der Schutzschicht 10 detektiert, so kann daraufhin entweder ein Alarmsignal für eine möglichst zeitnah auszuführende Wartung ausgegeben werden, oder alternativ kann der Betrieb unmittelbar sofort eingestellt werden.
-
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf solche Messkammern 110 oder Messvorrichtungen 100 mit derartigen Messkammern 110 beschränkt. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch für beliebige andere Bereiche eingesetzt werden, in denen ein Versagen von einer Schutzschicht zum Schutz vor erosiven Substanzen von großer Bedeutung ist. Beispielsweise kann auch der Brennraum einer Gasturbine mit einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung 1 ausgestattet werden, um beim Versagen des Erosionsschutzes sofort geeignete Maßnahmen einleiten zu können. Ferner sind zum Beispiel auch Lager, z.B. Lager von Wellen, wie sie beispielsweise bei Motoren o.ä. vorkommen möglich, bei denen die Lagerschalen mit einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung 1 ausgestattet sind. Auch beliebige weitere Anwendungsgebiete sind darüber hinaus selbstverständlich ebenso möglich.
-
7 zeigt schließlich eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform zugrunde liegt. In einem ersten Schritt S1 wird an der Unterseite 12 einer Schutzschicht 10 eine Sensorschicht 20 bereitgestellt. Bei der Unterseite 12 der Schutzschicht 10 handelt es sich dabei um diejenige Seite, die einer erosiven Umgebung abgewandt ist.
-
In Schritt S2 wird daraufhin von der Sensorschicht 20 ein Messwert bereitgestellt, der in Schritt S3 dazu verwendet wird, eine Veränderung der Schutzschicht, insbesondere der Dicke der Schutzschicht in Abhängigkeit von dem erfassten Messwert zu detektieren. Im einfachsten Fall kann dabei eine Abnahme der Dicke auf null, also ein vollständiges, zumindest lokales Versagen der Schutzschicht 10 detektiert werden. In Abhängigkeit von den verwendeten Sensoren in der Sensorschicht 20 kann der Schritt S3 zum Detektieren jedoch auch bereits eine geringfügigere Abnahme der Dicke in der Schutzschicht 10 detektieren.
-
Der Schritt S2 zum Erfassen eines von der Sensorschicht 20 bereitgestellten Messwertes kann dabei das Erfassen eines Magnetfelds, das Empfangen eines Ultraschallsignals, das Bestimmen eines Drucks in einem Fluid, das Erfassen eines Lichtsignals und/oder das Messen eines Stroms oder einer Spannung umfassen.
-
Ferner kann der Schritt S3 zum Detektieren einer Veränderung der Dicke in der Schutzschicht 10 auch einen Schritt zum Bestimmen einer räumlichen Position umfassen, an der sich die Dicke der Schutzschicht 10 verändert hat. Auf diese Weise kann die Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit der Schutzschicht 10 auch lokal eingegrenzt werden.
-
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Erosionsschutzschicht, die kontinuierlich überwacht werden kann. Hierzu ist auf der Rückseite der Erosionsschutzschicht eine Sensorik angeordnet. Diese Sensorik kann mittels Auswerten von elektrischen oder optischen Signalen, eines Druckes, eines Magnetfelds oder eines Ultraschallsignals o.ä. den Zustand der Schutzschicht bestimmen und ein mögliches Versagen frühzeitig signalisieren. Eine solche Schutzschicht kann zum Beispiel in Messkammern für Partikel, insbesondere für Stäube oder ähnliches eingesetzt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013203109 A1 [0002]
- DE 102015201130 [0002]
