DE3426539A1

DE3426539A1 - Mechanische gleitringdichtungen

Info

Publication number: DE3426539A1
Application number: DE3426539A
Authority: DE
Inventors: John Farnham Common Buckinghamshire Kemp; Surinderpal Singh Slough Sall
Original assignee: Crane Packing Ltd Slough Buckinghamshire; Crane Packing Ltd
Current assignee: John Crane UK Ltd
Priority date: 1983-07-20
Filing date: 1984-07-18
Publication date: 1985-01-31
Also published as: GB8617068D0; GB2177197B; JPS6039504A; GB2149118A; GB2149118B; GB8319550D0; FR2549597B1; GB2177197A; JPH053521B2; GB8417036D0; US4497493A; FR2549597A1

Description

Mechanische GLeitringdichtungen

Diese Erfindung bezieht sich auf Dichtungen, insbesondere auf ELemente zur überwachung des Abriebs der AbdichtfLächen mechanischer GLeitringdichtungen.

Bei einer mechanischen G Leitringdichtung sind die ReibfLächen der sich gegenüberLiegenden AbdichteLemente Abrieb unterworfen. Das GLeitringdichtungseLement aLs eines dieser ELemente ist foLgerichtig in Bezug auf das TeiL, mit dem es kombiniert ist, derart eingebaut, daß es dazu in der Lage ist, sich axiaL in Richtung auf das andere ELement, den Sitz, zu bewegen, so daß die AbdichtfLächen der beiden ELemente auch bei Auftreten von Abrieb in abdichtender Berührung gehaLten werden können. NatürLich ist das Ausmaß des Abriebs begrenzt, das kompensiert werden kann; foLgerichtig ist es wünschenswert, den Abrieb der FLächen der AbdichteLemente zu überwachen, so daß sie ersetzt werden können, sobaLd der maximaL zuLässige Abrieb erreicht ist und bevor die Dichtung ihre Funktion aufgibt.

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Dresdner Bank (München) Klo 3939844 Deutsche BanK (München) Kto 286¹CCO

Eine Methode zur überwachung des Dichtungsabriebs ist, eine -Sonde zur Messung des axialen Abstands zwischen einer mit dem axial beweglichen 6Ieitringdichtungselement verbundenen radialen Oberfläche und einem festgelegten Punkt einzusetzen. Wegen dimensionaler Zwänge, insbesondere bei Dichtungen mit geringem Durchmesser, ist diese Methode nicht immer zweckmäßig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Methode zur überwachung des Abriebs der Abdichtf I ächen einer mechanischen Gleitringdichtung mit einem axial festen Sitz und einem axial beweglichen G I eitringdichtungse lement, das in Abdichtkontakt mit dem Sitz gedruckt wird, zu schaffen, bei der ein Meßfühler derart radial zum Gleitringdichtungselement oder einem sich ax'ial mit dem Gleitringdichtungselement bewegenden Bauteil ausgerichtet wird, daß er ein Signal von einer radial gegenüberliegenden Oberfläche des G I eitringdichtungselements oder des Bauteils erfaßt, wobei die Oberfläche des Gleitringdichtungselements oder des Bauteils derart ausgebildet ist, daß sie einen Signalwechsel bewirkt, wenn sich das Gleitringdichtungselement in Bezug auf den Meßfühler axial bewegt, um so den maximalen Abrieb oder den Betrag des Abriebs der AbdichtfIächen anzuzeigen.

Erfindungsgemäß enthält eine mechanische Gleitringdichtung einen axial festen Sitz und ein axial bewegliches Gleitringdichtungselement, das in Abdichtkontakt mit dem Sitz gedruckt wird, sitzt ein Meßfühler radial zum Gleitringdichtungselement oder einem sich axial mit dem Gleitringdichtungselement bewegenden Bauteil, und sind Mittel zur Erzeugung eines von der Oberfläche des Gleitringdichtungselements oder des Bauteils radial zum Meßfühler gerichteten Signals vorgesehen, wobei

die Oberfläche des 6 LeitringdichtungseLements oder des Bauteils derart ausgebildet ist, daß sie einen den maximalen Abrieb oder den Betrag des Abriebs der Abdichtflächen anzeigenden Signalwechsel erzeugt.
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Die Aufgabe wird durch eine Sonde gelöst. Die Sonde kann eine Induktionssonde sein, in der beispielsweise durch die Sonde ein geeignetes frequenzmoduliertes Magnetfeld erzeugt wird und dieses Magnetfeld Stromwirbel in dem gegenüberliegenden Abschnitt des G Ieitringdichtungselement s oder des mit diesem verbundenen Bauteils induziert, wobei diese Stromwirbel weiterhin ein Magnetfeld erzeugen, das das durch die Sonde erzeugte Feld modifiziert, wodurch ein Signal geschaffen wird, das das Ausmaß der Wechselbeziehung zwischen den Feldern anzeigt. Bei einer solchen Ausbildung der Sonde kann" das GIeitringdichtungseIement , das elektrisch leitfähig oder ein Halbleiter ist, oder ein elektrisch leitfähiges oder als Halbleiter ausgebildetes Bauteil, das sich axial mit dem G Leitringdichtungse lement bewegt, beispielsweise ein Tragring, so geformt sein, daß, falls sich das G Ieitringdichtungselement oder das mit diesem verbundene Bauteil bei Auftreten von Dichtungsabrieb axial zur Sonde bewegt, sich der radiale Zwischenraun zwischen der Sonde und der gegenüberliegenden zylindrischen Oberfläche verändert, wodurch eine 'Änderung in dem von der Sonde gemessenen Signal erzeugt wird. Die Oberfläche des GIeitringdichtungselements oder des mit diesem verbundenen Bauteils kann abgeschrägt sein, so daß die Änderung im radialen Abstand und im Signal stetig ist, oder sie kann mit einer Stufe ausgebildet werden, so daß an dieser Stelle ein sprunghafter Wechsel im Abstand und im Signal entsteht, wenn beispielsweise der maximale Abrieb erreicht ist.

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Alternativ kann, falLs das Gleitringdichtungselement aus einem nichtleitfähigen Material hergestellt ist, ein leitfähiger oder als Halbleiter ausgebildeter Einsatz in dem 6 I eitringdichtungseIement eingesetzt sein, um so beispielsweie den maximalen Abrieb festzusetzen, so daß eine Anzeige, daß der maximale Abrieb erreicht ist, gegeben wird, wenn in der Sonde ein Signal erzeugt wird. Eine Abänderung dieser Anordnung wäre es, eine ausschließlich mit Aufnahmeelementen versehene Sonde und einen magnetischen Einsatz anzuwenden.

Alternativ kann auch eine optische Sonde benutzt werden, die beispielsweise mit optischen Fasern versehen ist, durch die Licht von einer Lichtquelle übertragen werden und auf die äußere zylindrische Oberfläche des Gleitringdichtungselements oder des mit diesem verbundenen Bauteils gerichtet werden kann und das reflektierte Licht zu einem geeigneten Aufnahmeelement übertragen wird. Bei den optischen Sonden kann die gegenüberliegende Oberfläche des Gleitringdichtungselements oder des mit diesem verbundenen Bauteils in gleicher Weise wie die bei den Induktionssonden angewendete Fläche ausgestaltet sein. Dennoch wird bei einer optischen Sonde eine gestufte Oberfläche vorgezogen, so daß ein sprunghafter Wechsel beim reflektierten Licht entsteht, sobald der maximale Abrieb erreicht ist. Diese Ausbildung einer optischen Sonde beruht auf dem Wechsel in der Lichtstreuung bei Änderung des radialen Abstands. Alternativ kann der Abstand zwischen der Sonde und der gegenüberliegenden Oberfläche konstant bleiben, wenn die gegenüberliegende Oberfläche so behandelt ist, daß sie in dem Bereich ein veränderliches Reflexionsvermögen aufweist, der von der relativen axialen Bewegung des Gleitringdichtungselements oder des mit diesem verbundenen Bauteils in Bezug auf die Sonde abhängt. Bei-

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spielsweise kann ein Streifen reflektierenden Materials auf di-e der Sonde gegenüberliegende Oberfläche des Gleitringdichtungselements befestigt werden, wobei sich der Streifen entgegengesetzt zum maximalen Abrieb verjüngt, so daß er einen sich vergrößernden Umfangsabschnitt des G Leitringdichtungse lements bedeckt, bis er sich beim maximalen Abrieb um den vollen Umfang erstreckt. Da sich der Streifen an der Sonde vorbeidreht, wird er auf diese Art und Weise eine ansteigende Reflektionsintensität verursachen, sobald das Gleitringdichtungselement den maximalen Abrieb erreicht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die dazugehörige Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine typische erfindungsgemäße mechanische Gleitringdichtung mit einer Abriebskontro 11steuerung;
und
20

Fig. 2 eine alternative Anordnung von Sonde und Gleitringdichtungselement, die in einer Dichtung der in
Fig. 1 dargestellten Art benutzt wird.

Fig. 1 zeigt eine typische mechanische Gleitringdichtung zwischen einer Welle 10 und einem Gehäuse 11, die einen Sitz 12 aufweist, der in einer Aussparung im Gehäuse 11 sitzt und mit diesem versiegelt ist. Ein Gleitringdichtungselement 13 sitzt derart auf der Welle 10, daß es axial zu dieser beweglich und gegenüber dieser verdrehbar ist. Geeignete herkömmliche Mittel 14, beispielsweise ein gummiartiger Balg und Druckfedern, dienen dazu, das Gleitringdichtungselement 13 in dichte Anlage an den Sitz 12 zu drücken und eine sekundäre Abdichtung zwischen dem Gleitringdichtungselement 13 und der Welle

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10 herzustellen. Die AußenumfangsfIäche des Gleitringd i chtungseIements 13 ist mit einer konischen Abschrägung 15 versehen. Eine Induktionssonde 16 sitzt gegenüber der konischen Abschrägung 15 des G I eitringdichtungselements in der Gehäusewand 11. Diese Sonde 16 weist eine Wicklung auf, die erregt wird, um ein geeignetes frequenzmoduliertes Magnetfeld zu erzeugen. Das Gleitringdichtungse lement 13 ist aus elektrisch leitfähigem Material hergestellt, ' beispielsweise aus Kohlenstoff oder gesintertem Metall; das hoc hfrequenzmodu I ierte Magnetfeld induziert Stromwirbel in das GIeitringdichtungselement 13. Diese Stromwirbel erzeugen daraufhin ein Magnetfeld, das dazu neigt, das durch die Wicklung der Sonde 16 erzeugte Magnetfeld zu dämpfen. Das Ausmaß der Dämpfung vergrößert sich, wenn der Zwischenraum zwischen der Sonde 16 und der gegenüberliegenden konischen Fläche 15 des G LeitringdichtungseIements 13 kleiner wird. Folglich kann der zur Erregung der Spule in der Sonde 16 benutzte Strom gesteigert werden, um eine konstante Feldstärke aufrecht zu erhalten. Dadurch kann die Änderung des zur Erregung der Spule benutzten Stroms dazu gebraucht werden, ein Signal zu geben, das den Radialabstand zwischen der Sonde 16 und der Oberfläche 15 des G IeitringdichtungseIements 13 anzeigt. Weil die Dichtungsflächen des Gleitringdichtungselements 13 und des Sitzes 12 verschleißen, bewegt sich das Gleitringdichtungselement 13 in Richtung auf den Sitz 12, folgerichtig wird der Radialabstand zwischen der Sonde 16 und der konischen Fläche 15 kleiner und wird das durch die Sonde erzeugte Signal entsprechend geändert. Deshalb kann die Sonde 16 benutzt werden, um eine Anzeige der Axialbewegung des Gleitringdichtungselements 13 und damit des Abriebs der Dichtungsflächen zu geben.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Sonde so gebaut

sein, daß sie ein Warnsignal, gibt, sobald ein definierter Wechsel in dem Abstand zwischen der Sonde 16 und der Fläche 15 auftritt und die AbdichteIemente der Dichtung ersetzt werden müssen. Das System kann auch so gebaut sein, daß es FrühsignaLe gibt, bevor der maximal zulässige Abrieb tatsächlich erreicht ist.

Außerdem erfaßt die Sonde 16 jede Exzentrizität in der Drehung des Gleitringdichtungselements 13. Dadurch wird eine schwingungsförmige Änderung des von der Sonde 16 ausgesendeten Signals erzeugt, wo hingegen durch den Dichtungsabrieb eine lineare Änderung erzeugt wird. Diese Signale können folgerichtig durch geeignete elektronische Vorrichtungen auseinandergehalten werden; die Sonde kann dazu benutzt werden, sowohl die Exzentrizität als auch den Abrieb zu überwachen.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten alternativen Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine optische Sonde 20 mit einem Paar optischer Fasern 21, 22. Eine dieser Fasern überträgt einen Lichtstrahl von einer geeigneten Quelle (nicht dargestellt), während der andere das von der gegenüberliegenden Fläche des Gleitringdichtungselements 23 reflektierte Licht auf eine geeignete Meßstation überträgt, beispielsweise ein fotoelektrische Diode. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche 24 des Gleitringdichtungselements 23, die der Sonde 20 gegenüberliegt, gestuft ausgebildet. Die Stufe kann insbesondere zu diesem Zweck vorgesehen sein, obwohl dip Stuf ρ bei ausgeglichenen Gleitringdichtungselementen auch aus Ausgleich-Zwecken vorgesehen sein kann.

Im Betrieb wird wegen der Lichtstreuung zwischen der Sonde 20 und der Oberfläche 24 des Gleitringdichtungselements 23, das von der Sonde 20 erfaßte reflektierte

Licht von vergleichsweise geringer Intensität sein, bis die Stufe die Sonde 20 erreicht, worauf ein starker Anstieg in der Intensität stattfindet. Dieser Intensitätsanstieg kann vergrößert werden, indem die Oberfläche 24 des G I eitringdichtungse lements 23 behandelt wird, so daß der Abschnitt mit dem größeren Außendurchmesser über ein größeres Reflektionsvermögen verfügt als der Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser. Durch eine Anordnung der Sonde 20, bei der die Schulter der Stufe mit der Sonde 20 fluchtet, wenn die AbdichteIemente ihren maximal zulässigen Abrieb erreicht haben, kann die Sonde 20 einen notwendig werdenden Ersatz von Gleitringdichtungse I ement 23 und Sitz 12 anzeigen. Diese Anordnung kann auch dazu benutzt werden, die Exzentrizitat des G Ieitringdichtungse lements zu überwachen.

Verschiedene Änderungen sind möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann die gestufte Ausbildung mit einer Sonde vom Induktionstyp bzw. die abgeschrägte Ausführung mit einer optischen Sonde gebraucht werden. Auch ein mehrfach abgestuftes Profil kann benutzt werden, um so aufeinanderfolgende Signale bezüglich des Abriebs der Abdichte I emente zu geben. Die Sonden können auch andere Meßwertgeber haben, beispielsweise Thermometer und Druck fühler-Elenente, durch die die Umgebung der Abdichte I emente ebenfalls überwacht werden kann.

Ein Verfahren zur überwachung des Abriebs der Abdichtflächen einer mechanischen Gleitringdichtung weist auf:

Die Anordnung einer Sonde radial zum axial beweglichen Gleitringdichtungselement der Dichtung oder radial zu einem Teil, das sich mit dem Gleitringdichtungselement axial bewegt; die Erzeugung eines Signals, das von der Oberfläche des Gleitringdichtungselements oder des Teils

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radial, auswärts gerichtet ist, so daß es durch die Sonde aufgenommen werden kann; die Ausbildung der Oberfläche des Gleitringdichtungselements oder des Teils derart, daß es einen Signalwechsel gibt, der den Abrieb auf den Abdichtflächen anzeigt, wenn sich das Gleitringdichtungselement relativ zur Sonde axial bewegt.

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Leerseite -

Claims

Patentansprüche

M. Verfahren zur überwacl HchtYiachen einer mechanisch

d i c h ttX. ächen einer mechanischen Gleitringdichtung .mit einem axial festen Sitz und einem axial beweglichen G Ie i t ri ngdi cht ungse letnent , das in Abdi cht kontakt mit dem Sitz gedruckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßfühler (16; 20) derart radial zu dem Gleitringdi chtungse lement (13; 23) oder zu einem sich mit dem G Leitringdichtungse lement (13; 23) axial bewegenden Bauteil (14) angeordnet ist, daß er ein Signal von einer radial gegenüberliegenden Oberfläche (15; 24) des Gleitringsdichtungselements (13; 23) oder des Bauteils (14) erfaßt, wobei die Oberfläche (15; 24) des Gleitringdichtungselements (13; 23) oder des Bauteils (14) derart ausgebildet ist, daß sie einen SignaIwechse I erzeugt, wenn sich das G Ieitringdichtungselement (13; 23) axial in Bezug auf den Heßfühler (16; 20) bewegt, um dadurch den maximalen Abrieb oder den Betrag des Abriebs der Abdichtflachen anzuzeigen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal von der dem Meßfühler (16; 20) radial gegenüberliegenden Oberfläche (15; 24) des Gleitringdichtungselements (13; 23) oder des Bauteils (14) re-

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1 f Lektiert wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sonde (16; 20) mit einer übertragungseinrichtung (16; 21) und einem Meßfühler (16; 22) radial gegenüber dem GLeitringdichtungselement (13; 23) oder dem Bauteil (14) in dem Dichtungsgehäuse (11) sitzt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (15; 24) des G IeitringdichtungseIements (13; 23) oder des Bauteils (14) derartig mit Konturen ausgestaltet ist, daß der Abstand zwischen der Oberfläche (15; 24) und dem Heßfühler (16; 20) wechselt, so daß ein Wechsel im Signalausschlag erzeugt wird, wenn Abrieb auf den AbdichtfIächen auftritt und das Gleitringdichtungselement (13; 23)* sich axial bewegt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (15) des Gleitringdichtungselements (13) oder des Bauteils derart abgeschrägt ist, daß ein stetiger Signalwechsel entsteht, wenn sich das Gleitringdichtungselement (13) axial bewegt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (24) des Gleitringdichtungselements (23) oder des Bauteils mit einer Stufe versehen ist, wobei die Stufe bezüglich des Meßfühlers (20) so angeordnet ist, daß ein sprunghafter SignaIwechseI entsteht, sobald der maximale Abrieb der AbdichtfIächen erreicht ist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitringdichtungselement

(13) oder das Bauteil aus einem leitfähigen oder einem

HaLbLeiter-HateriaL sind, wobei ein oder mehrere elektromagnetische Wandler (16) dazu benutzt werden, ein Induktionssignal zu übertragen und zu erfassen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß von der Oberfläche (24) des Gleitringdichtungsel'ements (23) oder des Bauteils ein Lichtstrahl reflektiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (24) des G Leitringdichtungse lern e η t s (23) derart behandelt ist, daß ihr Reflektionsvermögen wechselt, wenn der maximale Abrieb erreicht ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Oberfläche des Gleitringdichtungse I ements und dem Meßfühler konstant ist.
11- Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich verjüngender Streifen reflektierenden Materials auf der Oberfläche des Gleitringdichtungselements sitzt, wobei dieser Streifen einen sich vergrößernden Umfangsabschnitt des G IeitringdichtungseIe- ments oder des Bauteils bedeckt, so daß, wenn sich das Gleitringdichtungselement axial am Meßfühler vorbei bewegt, eine stetige Veränderung in der von der Oberfläche reflektierten Lichtstärke entsteht.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektromagnetischer Meßfühler radial zum Glettringdichtungselement oder zum Bauteil angeordnet ist und ein magnetischer Einsatz im Gleitringdichtungselement oder im Bauteil vorgesehen ist, wobei der Einsatz in Bezug auf den Meßfühler derart angeordnet ist, daß

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das aufgenommene Signal ein Maximum erreicht, wenn die Abriebflächen den maximalen Abrieb erreicht haben.
13. Mechanische Gleitringdichtung mit einem axial festen Sitz und einem axial beweglichen G Ieitringdichtungselement, das in Abdichtkontakt mit dem Sitz gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßfühler (16; 20) radial zum Gleitringdichtungselement (13; 23) oder zu einem sich mit dem Gleitringdichtungselement (13) axial bewegenden Bauteil (14) angeordnet ist und daß Mittel zur Erzeugung eines von der Oberfläche (15; 24) des G Ieitringdichtungse I ements (13; 23) oder des Bauteils (14) radial auf den Meßfühler (16; 20) gerichteten Signals vorgesehen sind, wobei die Oberfläche (15, 24) des Gleitringdichtungselements (13; 23) oder des Bauteils (14) derart ausgebildet ist, daß sie einen Signalwechsel erzeugt, der den maximalen Abrieb oder den Betrag des Abriebs der Abdichtflächen anzeigt.

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