DE102020134730A1 - sealing structure - Google Patents
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- F16L2201/30—Detecting leaks
Abstract
Die Erfindung offenbart eine Dichtungsstruktur (1) für die Schnittstelle zwischen zwei Verbindungsstücken (10), wobei durch die Verbindungsstücke (10) Medium fließt oder strömt, umfassend: zumindest ein Dichtelement (2), das zwischen den beiden Verbindungsstücken (10) anordenbar ist; eine Sensorstruktur (3), die dazu ausgestaltet ist, das Medium zu detektieren, und ein damit korreliertes Messsignal auszugeben, wobei die Sensorstruktur (3) mit dem Dichtelement (2) in Mediumkontakt steht, wenn das Dichtelement (2) undicht ist; und eine Auswerteeinheit (4), die mit der Sensorstruktur (3) elektrisch verbunden ist und dazu ausgestaltet ist, das Messsignal zu verarbeiten.The invention discloses a sealing structure (1) for the interface between two connecting pieces (10), the medium flowing or flowing through the connecting pieces (10), comprising: at least one sealing element (2) which can be arranged between the two connecting pieces (10); a sensor structure (3) which is designed to detect the medium and to output a measurement signal correlated therewith, the sensor structure (3) being in medium contact with the sealing element (2) when the sealing element (2) is leaking; and an evaluation unit (4) which is electrically connected to the sensor structure (3) and is designed to process the measurement signal.
Description
Die Erfindung betrifft eine Dichtungsstruktur für die Schnittstelle zwischen zwei Verbindungsstücken.The invention relates to a sealing structure for the interface between two connectors.
Medien, zum Beispiel chemische Produkte, Lebensmittel, Gas oder Mineralöl, werden in Tankcontainern, Tankaufliegern, Flexitanks oder Intermediate Bulk Containern (IBC) mittels LKW, Zug oder Schiff an ihre entsprechenden Ziele transportiert.Media, such as chemical products, food, gas or mineral oil, are transported to their respective destinations in tank containers, tank trailers, flexitanks or intermediate bulk containers (IBC) by truck, train or ship.
Eine Leckage des Transportbehältnisses muss vermieden werden oder zumindest frühzeitig erkannt werden. Gerade bei gefährlichen Stoffen entstehen große Folgeschäden, insbesondere für die Umwelt.A leak in the transport container must be avoided or at least detected early. Hazardous substances in particular result in major consequential damage, especially for the environment.
Messungen über Änderungen des Füllstands des Behältnisses sind in der Regel ungenau, da die austretenden Mengen anfangs gering sein können bzw. man ein bevorstehendes Versagen der Dichtung detektieren will, ohne dass schon Medium ausgetreten ist.Measurements of changes in the fill level of the container are generally imprecise, since the escaping quantities can initially be small or an impending failure of the seal is to be detected without medium having already escaped.
Weiter gibt es in einer Vielzahl weiterer Applikationen Dichtungen, die Flüssigkeits- oder Gasaustritt verhindern sollen. Beispiele hierfür sind Prozessarmaturen, im Wasserverteilsystem oder im Abwassersammelsystem. Werden diese Dichtungen durch äußere Ereignisse (z.B. Stöße, Temperatur, Vibration, ...) oder interne Einflüsse (z.B. Alterung, Belastung durch das Medium in der Rohrleitung, ...) undicht, können größere Schäden für Mensch und Umwelt entstehen.There are also seals in a large number of other applications that are intended to prevent the escape of liquid or gas. Examples of this are process fittings, in the water distribution system or in the waste water collection system. If these seals leak as a result of external events (e.g. shocks, temperature, vibration, ...) or internal influences (e.g. aging, stress from the medium in the pipeline, ...), this can result in major damage to people and the environment.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leckage an einem Transportbehältnis rechtzeitig zu erkennen und somit die Möglichkeit zu bieten einen größeren Folgeschaden zu vermeiden.The invention is based on the object of detecting a leak in a transport container in good time and thus offering the possibility of avoiding major consequential damage.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Dichtungsstruktur für die Schnittstelle zwischen zwei Verbindungsstücken, wobei durch die Verbindungsstücke Medium fließt oder strömt, umfassend: zumindest ein Dichtelement, das zwischen den beiden Verbindungsstücken anordenbar ist; eine Sensorstruktur, die dazu ausgestaltet ist, das Medium zu detektieren, und ein damit korreliertes Messsignal auszugeben, wobei die Sensorstruktur mit dem Dichtelement in Mediumkontakt steht, wenn das Dichtelement undicht ist; und eine Auswerteeinheit, die mit der Sensorstruktur elektrisch verbunden ist und dazu ausgestaltet ist, das Messsignal zu verarbeiten.The object is achieved by a sealing structure for the interface between two connecting pieces, with medium flowing or flowing through the connecting pieces, comprising: at least one sealing element which can be arranged between the two connecting pieces; a sensor structure which is designed to detect the medium and to output a measurement signal correlated therewith, the sensor structure being in medium contact with the sealing element when the sealing element is leaky; and an evaluation unit which is electrically connected to the sensor structure and is designed to process the measurement signal.
Durch die beanspruchte Vorrichtung ist es möglich bei Dichtungssysteme frühzeitig Veränderung zu erkennen, um drohende Leckagen möglichst noch vor ihrem Entstehen zu detektieren und Gegenmaßnahmen zu treffen, um somit größere Schäden durch Leckagen zu vermeiden.The claimed device makes it possible to detect changes in sealing systems at an early stage in order to detect imminent leaks before they occur and to take countermeasures in order to avoid major damage caused by leaks.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei dem zumindest einen Dichtelement um eine Flachdichtung, eine Formdichtung oder einen O-Ring handelt.One embodiment provides that the at least one sealing element is a flat gasket, a molded gasket or an O-ring.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Sensorstruktur als Zwischenelement ausgestaltet ist und zwischen den beiden Verbindungsstücken angeordnet ist.One embodiment provides that the sensor structure is designed as an intermediate element and is arranged between the two connecting pieces.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Sensorstruktur am oder im Dichtelement angeordnet ist.One embodiment provides that the sensor structure is arranged on or in the sealing element.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass Dichtungsstruktur zwei Dichtelemente umfasst und die Sensorstruktur zwischen den Dichtelementen angeordnet ist.One embodiment provides that the sealing structure includes two sealing elements and the sensor structure is arranged between the sealing elements.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Sensorstruktur als kapazitiver, induktiver, konduktiver, optischer, akustischer, temperaturabhängiger oder (elektromagnetischer Sensor ausgestaltet ist.One embodiment provides that the sensor structure is designed as a capacitive, inductive, conductive, optical, acoustic, temperature-dependent or (electromagnetic) sensor.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Sensorstruktur zweiteilig ausgestaltet ist mit einem ersten Teil, der auf einer ersten Seite des Dichtelements angeordnet ist und einem zweiten Teil, der auf einer zweiten Seite des Dichtelements angeordnet ist.One embodiment provides that the sensor structure is designed in two parts with a first part, which is arranged on a first side of the sealing element, and a second part, which is arranged on a second side of the sealing element.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass es sich bei dem ersten Teil bzw. zweiten Teil um eine erste bzw. zweite Elektrode, Sendespule bzw. Empfangsspule, Lichtquelle bzw. Lichtempfänger, Schallquelle bzw. Schallempfänger, Heizer bzw. Temperatursensor, Magnetfeldgenerator bzw. Magnetfeldempfänger, oder Hochfrequenzsender bzw. Hochfrequenzempfänger handelt.One embodiment provides that the first part or second part is a first or second electrode, transmitting coil or receiving coil, light source or light receiver, sound source or sound receiver, heater or temperature sensor, magnetic field generator or magnetic field receiver, or High-frequency transmitter or high-frequency receiver is.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Auswerteeinheit beim Überschreiten des Messsignals über einen Schwellenwert ein Warnsignal ausgibt.One embodiment provides that the evaluation unit emits a warning signal when the measurement signal exceeds a threshold value.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Auswerteeinheit das Messsignal und/oder das Warnsignal an eine übergeordnete Einheit, insbesondere drahtlos, überträgt.One embodiment provides that the evaluation unit transmits the measurement signal and/or the warning signal to a superordinate unit, in particular wirelessly.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass eine Energieversorgungseinheit zur Versorgung der Sensorstruktur und die Auswerteeinheit mit Energie, wobei die Energieversorgungseinheit ein/e Netzteil, Batterie, Akku, Solarzelle, oder Vibrationsgenerator umfasst.One embodiment provides that an energy supply unit for supplying the sensor structure and the evaluation unit with energy, the energy supply unit comprising a power pack, battery, accumulator, solar cell or vibration generator.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass Dichtungsstruktur die die beiden Verbindungsstücke umfasst.One embodiment provides that the sealing structure includes the two connecting pieces.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch die Anwendung der Dichtungsstruktur wie oben beschrieben, zwischen einem Tankcontainer, Tankauflieger, Flexitank oder Intermediate Bulk Container und einem Auslassventil.The object is further achieved by using the sealing structure as described above between a tank container, tank trailer, flexitank or intermediate bulk container and an outlet valve.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch die Anwendung der Dichtungsstruktur wie oben beschrieben zwischen einem Flansch und einer Armatur.The object is further achieved by applying the sealing structure as described above between a flange and a fitting.
Die Aufgabe wird weiter gelöst durch die Anwendung der Dichtungsstruktur wie oben beschrieben, zwischen zwei Behältnissen, insbesondere zwischen zwei Flanschen oder Rohren oder zwischen einem Flansch und einem Rohrabschnitt.The object is further achieved by using the sealing structure as described above between two containers, in particular between two flanges or pipes or between a flange and a pipe section.
Dies wird anhand der nachfolgenden Figuren näherer erläutert.
-
1 zeigt die beanspruchte Dichtungsstruktur in einer Ausgestaltung. -
2 zeigt die Anwendung bei Rohren. -
3 zeigt die beanspruchte Dichtungsstruktur in einer Ausgestaltung. -
4 zeigt die Anwendung bei einem Container. -
5 zeigt ein Auslassventil eines Containers mit einer Dichtungsstruktur. -
6 zeigt die Anwendung bei einer Wechselarmatur.
-
1 shows the claimed sealing structure in one embodiment. -
2 shows the application for pipes. -
3 shows the claimed sealing structure in one embodiment. -
4 shows the application for a container. -
5 shows an outlet valve of a container with a sealing structure. -
6 shows the application for a retractable fitting.
In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the figures, the same features are identified by the same reference symbols.
Die Dichtungsstruktur 1 ist beispielsweise in
Ein „Verbindungsstück“ ist dabei ein Rohr, Rohrleitung, Flansch, Behälter, Ventil etc. Durch das Verbindungsstück 10 fließt oder strömt ein Medium.A “connecting piece” is a pipe, pipeline, flange, container, valve, etc. A medium flows or flows through the
Die Sensorstruktur 3 ist dazu ausgestaltet ist, das Medium zu detektieren, und ein damit korreliertes Messsignal auszugeben. Ist das Dichtelement 2 defekt, steht die Sensorstruktur 3 mit dem Medium in Mediumkontakt. Eine Leckage des Dichtelements kann somit erkannt werden. Die Auswerteeinheit 4 ist mit der Sensorstruktur 3 elektrisch verbunden und dazu ausgestaltet ist, das Messsignal zu verarbeiten, beispielsweise das Messignal weiterzuleiten oder ein Warnsignal auszugeben, etwa wenn ein Schwellenwert des Messignals überschritten wird. Die Auswerteeinheit 4 kann das Messsignal und/oder das Warnsignal an eine übergeordnete Einheit, insbesondere drahtlos, übertragen.The
Die Auswerteeinheit 4 umfasst eine Energieversorgungseinheit 5 zur Versorgung der Sensorstruktur 3 und der Auswerteeinheit 4 selbst mit Energie. Dies kann beispielsweise ausgestaltet sein als Netzteil, Batterie, Akku, Solarzelle, oder Vibrationsgenerator.The
Das Dichtelement 2 ist beispielsweise eine Flachdichtung, eine Formdichtung oder ein O-Ring.The sealing
Die Dichtungsstruktur 1 ist an dem Verbindungsstück 10 durch Kleben, Schweißen oder Verschrauben verbunden. Dazu umfasst die Dichtungsstruktur 1 entweder entsprechende Löcher 6 oder Gewinde mit den entsprechenden Gegenstücken an der Verbindungstücken 10.The
Die Sensorstruktur 3 kann als Zwischenelement ausgestaltet ein und zwischen den beiden Verbindungsstücken 10 angeordnet sein.The
Es gibt verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten für die Dichtungsstruktur 1.There are various configuration options for the
In einer Ausgestaltung umfasst die Dichtungsstruktur 1 zwei Dichtelemente 2 und die Sensorstruktur 3 ist zwischen den Dichtelementen 2 angeordnet. Es ergibt sich somit eine Sandwichstruktur. Dies zeigt
In einer Ausgestaltung ist die Sensorstruktur 1 am oder im Dichtelement 2 angeordnet ist. Dies zeigt
Die Sensorstruktur 3 ist zweiteilig ausgestaltet mit einem ersten Teil 3i, der auf einer ersten Seite des Dichtelements 2 angeordnet ist und einem zweiten Teil 3o, der auf einer zweiten Seite des Dichtelements 2 angeordnet ist. Der erste Teil 3i ist eng gestrichelt gezeichnet, der zweite Teil 3o ist weiter gestrichelt gezeichnet. In
Die Sensorstruktur 3 ist dabei als kapazitiver, induktiver, konduktiver, optischer, akustischer, temperaturabhängiger oder (elektro-)magnetischer Sensor ausgestaltet.The
Konkrete Ausgestaltungen der Sensorstruktur 3 umfassen bei dem ersten Teil 3i bzw. zweiten Teil 3o eine erste bzw. zweite Elektrode, Sendespule bzw. Empfangsspule, Lichtquelle bzw. Lichtempfänger, Schallquelle bzw. Schallempfänger, Heizer bzw. Temperatursensor, Magnetfeldgenerator bzw. Magnetfeldempfänger, oder Hochfrequenzsender bzw. Hochfrequenzempfänger.Concrete configurations of the
Durch Ausnutzung der entsprechenden Messprinzipien ist es möglich eine Leckage des Dichtelements 2 zu erkennen. Konkret wird also eine Messung der Kapazität zwischen zwei oder mehreren Elektroden (Permeabilität/Permittivität des Mediums), zwischen einer Elektrode und einem Flansch, die Leitfähigkeit zwischen zwei oder mehreren Elektroden, Schallaufzeit, optischen Trübung, optische Brechung, thermische Leitfähigkeit, Änderung in einer Mikrowellenleitung / Mikrowellenresonator oder eine Änderung des Magnetfeldes oder eines magnetische-induktiven Feldes durchgeführt.By using the corresponding measurement principles, it is possible to detect a leak in the sealing
In einer Ausgestaltung ist die Sensorstruktur 3 als kapazitiver Sensor ausgestaltet. Die beiden Teile der Sensorstruktur sind zwei Elektroden, die kreisförmig auf verschiedenen Seiten des Dichtelements 2 angebracht sind. Das Dichtelement 2 wirkt als Dielektrikum. Ist das Dichtelement 2 intakt, wird eine bestimmte Kapazität gemessen. Ist hingegen das Dichtelement 2 kaputt, dringt Medium hindurch, das „Dielektrikum“ hat sich verändert und es wird eine veränderte Kapazität gemessen.In one configuration, the
Mit der grundsätzlich gleichen Anordnung können die Elektroden als Spulen verwendet werden und es kann eine Leitfähigkeit, etwa auf konduktive Weise, gemessen werden.With basically the same arrangement, the electrodes can be used as coils and conductivity can be measured, such as in a conductive manner.
Grundsätzlich relevant zur Erkennung einer Leckage ist nicht der absolute Messwert, sondern die Änderung des Messwert gegenüber einem vorherigen Zustand, etwa einem Grundzustand, der direkt nach Installation der Dichtungsstruktur 1 bestimmt wird. Beispielsweise kann eine Messung jede Stunde vorgenommen werden. Verändert sich der Messwert stündlich, kann auch eine Leckage geschlossen werden.It is not the absolute measured value that is fundamentally relevant for detecting a leak, but rather the change in the measured value compared to a previous state, for example a basic state that is determined directly after installation of the sealing
Neben der Leckageerkennung am Dichtelement kann somit auch ein veränderter Abstand zwischen den Verbindungselementen 10 oder der Austritt von Medium direkt erkannt werden.In addition to detecting leakage on the sealing element, a changed distance between the connecting
Die folgenden Figuren umfassen Anwendungen der beanspruchten Dichtungsstruktur 1.The following figures include applications of the claimed sealing
Die
Grundsätzlich kann die Dichtungsstruktur 1 wie oben erwähnt bei verschiedenen Arten von Dichtungen verwendet werden.
Die Anwendung der Dichtungsstruktur 1 zwischen zwei Behältnissen, insbesondere zwischen zwei Flanschen 11 oder Rohren 10 oder zwischen einem Flansch und einem Rohrabschnitt, zeigt die
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Dichtungsstruktursealing structure
- 22
- Dichtelementsealing element
- 33
- Sensorstruktursensor structure
- 3i3i
- erster Teil von 3first part of 3
- 3o3o
- zweiter Teil von 3second part of 3
- 44
- Auswerteeinheitevaluation unit
- 55
- Energieversorgungseinheitpower supply unit
- 66
- LochHole
- 1010
- Verbindungsstückconnector
- 1111
- Flanschflange
- 2020
- ContainerContainer
- 2121
- Auslassventiloutlet valve
- 2222
- Ort der Anbringung von 1 an 21Place of attachment from 1 to 21
- 3030
- Wechselarmaturretractable fitting
Claims (15)
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