EP2100121A1 - Vorrichtung zur störungsfrüherkennung an maschinen und/oder deren bauteilen - Google Patents

Vorrichtung zur störungsfrüherkennung an maschinen und/oder deren bauteilen

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Publication number
EP2100121A1
EP2100121A1 EP07856949A EP07856949A EP2100121A1 EP 2100121 A1 EP2100121 A1 EP 2100121A1 EP 07856949 A EP07856949 A EP 07856949A EP 07856949 A EP07856949 A EP 07856949A EP 2100121 A1 EP2100121 A1 EP 2100121A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
seal
sensor element
sealing
component
itself
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP07856949A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eberhard Schlücker
Piotr Reichel-Lesnianski
Stefan Blendinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Original Assignee
Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg filed Critical Friedrich Alexander Universitaet Erlangen Nuernberg
Publication of EP2100121A1 publication Critical patent/EP2100121A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/005—Sealing rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32—Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3296—Arrangements for monitoring the condition or operation of elastic sealings; Arrangements for control of elastic sealings, e.g. of their geometry or stiffness

Definitions

  • the invention relates to a device for the early detection of disturbances of technical or physical parameters of machines or devices and / or their components according to the preamble of claim 1.
  • the invention is therefore based on the object to eliminate the disadvantages described to provide a device for the early detection of disturbances technical or physical parameters of machines or devices and / or their components, by means of which it is possible on the basis of a single machine component, all relevant disorders to detect the machine or a component thereof.
  • the invention is based on the essential idea of using at least one static or, in particular, dynamic seal provided as a device for the early detection of disturbances, which is provided with a measuring device for detecting the technical or physical state of the seal itself or of the State change is provided.
  • the measuring device has at least one sensor element for detecting the condition of the seal caused by wear or disturbance on the seal itself, on the component to be sealed by the seal and / or on the entire machine;
  • This sensor element according to the invention is designed such that it is the resilience of the seal or the deformation caused thereby and / or the expansion or compression of the seal and / or caused by pressure change of the seal and / or vibrations or vibrations of the machine or a component thereof detected.
  • the sensor element may be a strain gauge, a piezo film or a piezoelectric element, a capacitive evaluable or an inductively evaluable element.
  • the sensor element prefferably consist of the material of the gasket itself, which is selected such that it can be used Detecting strain or compression of the gasket via changes in electrical conductivity or charge allowed.
  • the sensor element may be attached to or applied to the surface of the seal and extend over at least a portion of the seal surface.
  • the senor element it is possible for the sensor element to be vapor-deposited, printed or glued onto the sealing surface.
  • the sensor element is instead integrated in the seal.
  • seals in particular dynamic seals, as known, for sealing under static conditions or under rotary or translational movements.
  • the seal is often the technical properties, such as sliding speed, surface quality, dimensions, tolerances, etc. of the surrounding technical components, such as shafts or pistons exposed.
  • the seal must compensate for this loss of material by its compliance, or if, for example, the tread of the shaft or seal becomes rough, this manifests itself at the seal by appropriate vibration.
  • the invention therefore makes use of this technical phenomenon in an advantageous manner, namely to the effect that in many cases seals make it possible to detect which technical changes in state the assigned sealing point is experiencing.
  • the invention by the relevant seal by incorporation of metrological elements, such as strain gauges, piezo film, vapor-deposited on the seal, printed or glued sensor elements or capacitively or inductively evaluable sensor elements capable of, interference, which occur on their own or in the sealing area, can be detected early.
  • metrological elements such as strain gauges, piezo film, vapor-deposited on the seal, printed or glued sensor elements or capacitively or inductively evaluable sensor elements capable of, interference, which occur on their own or in the sealing area, can be detected early.
  • seals in particular dynamic seals, not only according to the invention can be used for detecting intrinsic disturbances, but within the scope of the invention also for the detection of disturbances to the surrounding sealing components or to the respective machines themselves.
  • seals are a frequently indispensable element in mechanical engineering, since they serve for sealing under static conditions or rotary or translational movements.
  • the sealing material used and the shape of the seal are usually chosen so that the seal fulfills its sealing purpose by a certain flexibility. At the same time this also means that the seals are very intimately connected to the components of the machines, so that any vibration or vibration of the machine is transferred directly to the relevant seal.
  • Measuring device for detecting the technical or physical state of
  • seals are used as pressure sensors or as fluid level indicator or as fluid level monitoring sensors.
  • seals basically have the task of separating or keeping separate spaces with different chemical contents or physical parameters. This is usually done by installing gaskets made of materials that deviate from the surrounding materials.
  • special seal shapes are often used to achieve optimum tightness.
  • the sealing effect is achieved in this case usually on the construction of a sealing pressure by means of a certain resilience of the seal. In many cases, this also serves to compensate for any wear on the seal or on the surrounding components. As a result, gaskets are key elements in most applications and are therefore essential because they form solid components in technical products.
  • Seal used as a device for detecting the pressure prevailing on her and thus for fluid level display or for fluid level monitoring.
  • Function is inventively fulfilled by taking place in the seal installation of at least one sensor element that can detect the deformation. This can be done by pouring the sensor element in plastic seals, by
  • each gear has a drive and an output shaft.
  • the seal of at least one of the two shafts is flooded with lubricating oil. To ensure the transmission function, it is important not to let the level of fluid above the seal drop too far. Since the pressure acting on the seal according to the invention by means of this provided measuring device is detected, the seal also serves as a level gauge, so that a separate level measurement can be omitted. This represents a big economic advantage.
  • the measuring device of the seal provided according to the invention can have the following embodiments only for the sake of example:
  • seals for rotating sealing tasks such as lip rings. Proper placement and alignment can separate the pressure signal from other influences.
  • seals for oscillating sealing tasks such as V-rings, roof boots, step seals, lip rings, stuffing box packings;
  • o-rings a seal for oscillating sealing tasks, such as V-rings, roof boots, step seals, lip rings, stuffing box packings;
  • o-rings a seal for oscillating sealing tasks, such as V-rings, roof boots, step seals, lip rings, stuffing box packings;
  • o-rings d) specialist gaskets for flanges, containers, etc.
  • special types of gaskets such as those used, for example, in hygiene technology, high-pressure technology, etc.
  • Fig. 1 shows schematically a sealing ring with a applied to the surface
  • 2a is a schematic side view of a seal with a on the
  • Dichtungsoberf kaue mounted sensor element having a relatively small sensor surface
  • FIG. 2b a sensor element integrated into the seal
  • Fig. 2c shows a sensor element attached to the surface of the gasket which propagates over the entire sealing surface
  • FIG. 3 is a schematic side view of a seal with sensor elements extending in different directions
  • Fig. 4 is a seal with it transversely to the sealing axis over the entire
  • Fig. 5a shows schematically a inventively designed shaft seal in
  • FIG. 6 is a perspective view of a sealing ring with sensor elements which are arranged in different directions; 7 schematically shows a sealing ring with a sensor element which extends over the entire circumference of the sealing ring;
  • Fig. 8 shows schematically in the diagram the time-recorded strain signal of the inventively designed seal with short-term static load
  • FIG. 9 is a schematic diagram of the strain gauge of a seal designed according to the invention during the transition from a lubricated to a dry piston surface.
  • the illustrated seal 1 which has the shape of a sealing ring, serves as a measuring device for detecting the pressure exerted on it and thus the resulting yielding.
  • the sealing ring 1 is provided on its outer circumference with a sensor element in the form of a strain gauge, so that thereby all state changes of the gasket 1 itself and thus also of the surrounding components can be detected.
  • Fig. 2a to c is shown schematically in detail, in which way the sensor element 2 may be connected to the seal 1.
  • the sensor element 2 is applied to the surface of the seal 1 by suitable manufacturing measures (vapor deposition, galvanic application, gluing, printing) and only extends over a relatively small sealing surface.
  • the sensor element 2 is integrated in the embodiment of FIG. 2b in the seal 1, while it is again attached to the surface of the seal 1 in the embodiment of FIG. 2c, but extends over the entire circumference of the seal 1.
  • the nature of the orientation of the respective sensor element 2 in relation to the seal 1 is shown in FIGS. 3 and 4 for the sake of example. It can be seen in the upper part of FIG. 3 that the sensor element 2 extends in the direction of the sealing axis 3, while in the lower part of FIG. 3 it extends transversely to the sealing axis 3. In both cases, however, the sensor element 2 is provided with a corresponding measuring device 4 for detecting the relevant measurement signals of the sensor element 2.
  • Fig. 4 is a modified embodiment of the sensor element 2 can be seen; this extends over the entire circumference of the seal 1, wherein it extends transversely to the sealing axis 3.
  • the seal 1 is shown as a shaft seal, which seals in the usual way a rotating shaft 5 relative to a stationary component 6.
  • the normally-located seal 1 according to FIG. 5a is subjected to changed sealing conditions (increased pressure, wear, etc.), it is deflected, i. indicates in a corresponding manner, as indicated in Fig. 5b.
  • both sides of the seal 1 attached sensor elements 2, for example in the form of strain gauges, able to detect such compliance immediately and display it in a suitable manner.
  • a sealing ring 1 is shown in perspective, in which for the sake of example, the sensor element 2 shown on the left, which is applied to the surface of the seal 1, extends transversely to the sealing axis 3, while the right in Fig. 6 shown sensor element 2 in Direction of the sealing axis 3 runs.
  • Fig. 7 shows a connected to a measuring device sensor element 2, which extends on the surface of the seal 1, but over the entire seal circumference - transverse to the seal axis 3 - extends.
  • the strain signal of a seal 1 provided with strain gauges as the sensor element 2 can be seen in the diagram, wherein the axial stress V measured at the measuring device 4 is plotted over the time s and clearly the short-term static load can be recognized, which results if the seal 1 serves as a pressure gauge or as a fluid level gauge.
  • strain gauge of the seal in the transition from a lubricated to a dry piston surface can be seen from Fig. 9 in the diagram.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen technischer bzw. physikalischer Parameter von Maschinen bzw. Geräten und/oder deren Bauteilen ist die Ausgestaltung derart getroffen, dass als Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen wenigstens eine für die Maschine bzw. deren Bauteil vorgesehene, statische oder insbesondere dynamische, Dichtung (1 ) dient, dass die Dichtung (1 ) mit einer Messeinrichtung (4) zum Erfassen des technischen bzw. physikalischen Zustandes der Dichtung (1 ) selbst bzw. deren Zustandsänderung versehen ist, dass die Messeinrichtung (4) wenigstens ein Sensorelement (2) zum Erfassen der durch Verschleiß bzw. Störung an der Dichtung (1 ) selbst, an dem durch die Dichtung (1 ) abzudichtenden Bauteil (5) und/oder an der gesamten Maschine bewirkten Zustandsänderung der Dichtung (1 ) aufweist und dass das Sensorelement (2) die Nachgiebigkeit der Dichtung bzw. deren hierdurch bewirkte Verformung und/oder die Dehnung bzw. Stauchung der Dichtung (1 ) und/oder eine durch Druck bewirkte Veränderung der Dichtung (1 ) und/oder Schwingungen bzw. Vibrationen der Maschine bzw. eines Bauteils (5, 6) hiervon erfasst.

Description

Vorrichtung zur Störungsfrüherkennung an Maschinen und/oder deren Bauteilen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen technischer bzw. physikalischer Parameter von Maschinen bzw. Geräten und/oder deren Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Maschinen bzw. Geräten und/oder deren Bauteilen ist es sowohl aus technischen als auch aus wirtschaftlichen Gründen in höchstem Maße wünschenswert, Veränderungen oder sogar Störungen technischer bzw. physikalischer Parameter sofort nach ihrem Auftreten zu erfassen bzw. nach Möglichkeit gar nicht erst auftreten zu lassen, d.h. also im besten Sinne eine Früherkennung derartig drohender Störungen bzw. Zustandsänderungen durchzuführen.
Um dieses Ziel zu erreichen, sind schon zahlreiche Vorrichtungen ganz unterschiedlicher Art bekannt. Diesen ist jedoch allen gemeinsam, dass sie sich jeweils nur auf ganz bestimmte Erscheinungsformen einer Störung, beispielsweise akustischer, optischer oder dgl. Art konzentrieren. Dies hat zur Folge, dass sie für andere Arten einer Störung oder Zustandsänderung der Maschine bzw. des Maschinenbauteils, weil hierfür nicht geeignet oder vorgesehen, nicht anwendbar sind. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Beseitigung der geschilderten Nachteile eine Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen technischer bzw. physikalischer Parameter von Maschinen bzw. Geräten und/oder deren Bauteilen zu schaffen, mittels der es anhand eines einzigen Maschinenbauteils möglich ist, sämtliche relevanten Störungen der Maschine bzw. eines Bauteils hiervon zu erfassen.
Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Der Erfindung liegt der wesentliche Gedanke zugrunde, als Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen wenigstens eine für die Maschine bzw. deren Bauteil ohnehin vorgesehene statische oder insbesondere dynamische Dichtung anzuwenden, die mit einer Messeinrichtung zum Erfassen des technischen bzw. physikalischen Zustandes der Dichtung selbst bzw. der Zustandsänderung versehen ist. Hierbei weist die Messeinrichtung wenigstens ein Sensorelement zum Erfassen der durch Verschleiß bzw. Störung an der Dichtung selbst, an dem durch die Dichtung abzudichtenden Bauteil und/oder an der gesamten Maschine bewirkten Zustandsänderung der Dichtung auf; dieses Sensorelement ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass es die Nachgiebigkeit der Dichtung bzw. deren hierdurch bewirkte Verformung und/oder die Dehnung bzw. Stauchung der Dichtung und/oder eine durch Druck bewirkte Veränderung der Dichtung und/oder Schwingungen bzw. Vibrationen der Maschine bzw. eines Bauteils hiervon erfasst.
In Ausgestaltung der Erfindung kann das Sensorelement ein Dehnungsmessstreifen, eine Piezofolie bzw. ein piezoelektrisches Element, ein kapazitiv auswertbares oder ein induktiv auswertbares Element sein.
Stattdessen ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass das Sensorelement aus dem Material der Dichtung selbst besteht, das derart ausgewählt ist, dass es das Erfassen von Dehnungen oder Stauchungen der Dichtung über Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit oder Ladung erlaubt.
Vorteilhafterweise kann das Sensorelement an der Oberfläche der Dichtung befestigt bzw. hierauf aufgebracht sein und sich wenigstens über einen Teil der Dichtungsoberfläche erstrecken.
Hierbei ist es möglich, dass das Sensorelement auf die Dichtungsoberfläche aufgedampft, aufgedruckt oder aufgeklebt ist.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Sensorelement stattdessen in die Dichtung integriert ist.
Unabhängig von der Art des Aufbringens bzw. Befestigens des Sensorelementes an bzw. in der Dichtung ist es möglich, dass sich dieses quer zur Dichtungsachse und/ oder in Richtung der Dichtungsachse erstreckt.
Durch die Erfindung ergeben sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile, von denen lediglich des Beispiels halber die folgenden geschildert seien:
1. Durch die Erfindung ist es möglich, Störungen an der Dichtung selbst in einfacher Weise so früh wie möglich zu erfassen. Hierbei dienen Dichtungen, insbesondere dynamische Dichtungen, wie bekannt, zum Abdichten unter statischen Bedingungen bzw. unter rotatorischen oder translatorischen Bewegungen. Dabei ist die Dichtung vielfach den technischen Eigenschaften, wie Gleitgeschwindigkeit, Oberflächenqualität, Abmessungen, Toleranzen usw. der umgebenden technischen Bauteile, beispielsweise Wellen oder Kolben, ausgesetzt. Verschleißt beispielsweise die Welle oder der Kolben, muss die Dichtung diesen Materialverlust durch ihre Nachgiebigkeit ausgleichen, oder wenn beispielsweise die Lauffläche der Welle oder Dichtung rau wird, äußert sich dies an der Dichtung durch entsprechende Vibrationen. Die Erfindung macht sich daher in vorteilhafter Weise diese technische Erscheinung zunutze, nämlich dahingehend, dass Dichtungen in vielen Fällen erkennen lassen, welche technischen Zustandsänderungen die zugeordnete Dichtstelle erfährt.
Hier setzt, wie schon erwähnt, die Erfindung ein, indem die betreffende Dichtung durch Einbau von messtechnischen Elementen, wie Dehnungsmessstreifen, Piezofolie, auf die Dichtung aufgedampfte, gedruckte oder aufgeklebte Sensorelemente oder kapazitiv bzw. induktiv auswertbare Sensorelemente in die Lage versetzt wird, Störungen, die an ihr selbst bzw. im Abdichtungsbereich auftreten, frühzeitig erfasst werden können.
Hierbei seien als mögliche Schäden, die auf diese Weise erfasst werden können, lediglich des Beispiels halber die folgenden aufgeführt:
a ) Verschleiß der Dichtlippe: In diesem Fall muss die Dichtung, um gleichwohl Dichtheit zu gewährleisten, den Verschleiß durch Nachgiebigkeit ausgleichen. Dadurch ändert sie ihre Form. Diese Formänderung kann durch die erfindungsgemäß an bzw. in der Dichtung vorgesehene Messeinrichtung registriert und auch quantifiziert werden;
b) Verschleiß an dem durch die Dichtung abzudichtenden Bauteil, beispielsweise Welle oder Kolben: Hierdurch ändert sich die Rauhigkeit der Oberfläche des betreffenden Bauteils, wodurch sich auch das Signal, das aus der geänderten Dichtungsreibung resultiert, ändert;
c) Mangelschmierung: Das Signal, das aus den sich ändernden Reibeffekten resultiert, ändert sich ebenfalls. Hierdurch kann je nach Dichtungsart auch eine Deformation der Dichtung erfolgen, die ebenfalls als Indiz für Trockenlauf dient.
d) Verlust der Füllstandshöhe im durch die Dichtung abzudichtenden Raum. 2. Wie schon dargelegt, können Dichtungen, insbesondere dynamische Dichtungen, nicht nur zur Erkennung eigener Störungen erfindungsgemäß eingesetzt werden, sondern im Rahmen der Erfindung auch zur Erkennung von Störungen an den umgebenden abdichtenden Bauteilen bzw. an den betreffenden Maschinen selbst. Wie bekannt, sind hierbei Dichtungen ein vielfach unverzichtbares Element im Maschinenbau, da sie zum Abdichten unter statischen Bedingungen oder rotatorischen bzw. translatorischen Bewegungen dienen. Der verwendete Dichtungswerkstoff sowie die Form der Dichtung sind in der Regel so gewählt, dass die Dichtung durch eine gewisse Nachgiebigkeit ihren Dichtungszweck erfüllt. Dies bedeutet aber gleichzeitig auch, dass die Dichtungen sehr innig mit den Bauteilen der Maschinen verbunden sind, so dass jede Vibration oder Schwingung der Maschine direkt auf die betreffende Dichtung übertragen wird.
Da nun erfindungsgemäß vorgesehen ist, als Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen wenigstens eine für die Maschine bzw. deren Bauteil vorgesehene, insbesondere dynamische, Dichtung anzuwenden und diese mit einer
Messeinrichtung zum Erfassen des technischen bzw. physikalischen Zustandes der
Dichtung selbst bzw. deren Zustandsänderung zu versehen, ist es möglich, mittels wenigstens eines entsprechenden Sensorelementes der Messeinrichtung die Nachgiebigkeit der Dichtung zu erfassen. Damit sind auch sofort in einem außerordentlich frühzeitigen Stadium Störungen in Maschinen erkennbar, die sich durch Vibrationen oder Schwingungen äußern oder hervorgerufen werden.
Lediglich des Beispiels halber sei an dieser Stelle ein Zahnradgetriebe erwähnt, das üblicherweise einem Zahnverschleiß unterliegt. Dadurch entsteht eine Spielvergrößerung, die zu Schlägen zwischen den Zähnen führt. Diese Schläge werden über die Welle zur Wellendichtung übertragen und können dort im erfindungsgemäßen Sinn registriert bzw. erfasst werden.
3. Es liegt schließlich ebenfalls im Rahmen der Erfindung, Dichtungen als Drucksensoren bzw. als Fluidniveauanzeige oder als Fluidniveauüberwachungs- sensoren einzusetzen. In diesem Zusammenhang ist es ja bekannt, dass Dichtungen grundsätzlich die Aufgabe haben, Räume mit unterschiedlichen chemischen Inhalten oder physikalischen Parametern voneinander zu trennen bzw. getrennt zu halten. Dies geschieht in der Regel durch den Einbau von Dichtungen aus Werkstoffen, die von den umgebenden Werkstoffen abweichen. Außerdem sind vielfach spezielle Dichtungsformen im Einsatz, um eine optimale Dichtheit zu erzielen.
Die Dichtwirkung wird hierbei in der Regel über den Aufbau einer Dichtpressung mittels einer gewissen Nachgiebigkeit der Dichtung erreicht. Diese dient vielfach auch gleichzeitig dazu, einen etwaigen Verschleiß an der Dichtung oder an den umgebenden Bauteilen auszugleichen. Somit sind Dichtungen in den meisten Anwendungen Schlüsselelemente und damit unumgänglich, da sie feste Bestandteile in technischen Produkten bilden.
Erfindungsgemäß wird nun auch auf dem hier zur Rede stehenden Anwendungsgebiet die mit einer entsprechenden Messeinrichtung versehene
Dichtung als Vorrichtung zur Erkennung des an ihr herrschenden Druckes und damit zur Fluidniveauanzeige bzw. zur Fluidniveauüberwachung verwendet. Diese
Funktion wird erfindungsgemäß erfüllt durch in die Dichtung erfolgenden Einbau von wenigstens einem Sensorelement, das die Verformung erfassen kann. Dies kann erfolgen durch Eingießen des Sensorelementes bei Kunststoffdichtungen, durch
Applizieren auf die Dichtungsoberfläche usw.
Da die Dichtwirkung in der Regel mit einer gewissen Nachgiebigkeit der Dichtung verbunden ist, ist davon auszugehen, dass diese Nachgiebigkeit umso größer ist, je höher der auf die Dichtung wirkende Druck ist. Das Ausmaß an Nachgiebigkeit wird somit erfindungsgemäß als Maß für den herrschenden Fluiddruck genommen.
Lediglich als Beispiel sei hier ein Getriebe erwähnt. Hierbei besitzt jedes Getriebe eine Antriebs- und eine Abtriebswelle. Die Dichtung mindestens einer der beiden Wellen ist mit Schmieröl geflutet. Zur Sicherstellung der Getriebefunktion ist es wichtig, das Flüssigkeitsniveau über der Dichtung nicht zu weit absinken zu lassen. Da der auf die Dichtung wirkende Druck erfindungsgemäß mittels der hieran vorgesehenen Messeinrichtung erfasst wird, dient die Dichtung zugleich als Niveaumesser, so dass eine gesonderte Niveaumessung entfallen kann. Dies stellt einen großen wirtschaftlichen Vorteil dar.
Auch auf dem hier zur Rede stehenden Anwendungsgebiet kann die erfindungsgemäß vorgesehene Messeinrichtung der Dichtung lediglich des Beispiels halber folgende Ausgestaltungen aufweisen:
a ) Anbringen von einem oder mehreren Dehnungsmessstreifen auf die Dichtungsoberfläche, die je nach zu erfassender Messgröße ausgerichtet sind; b) Applizieren von Piezofolien auf die Dichtungsoberfläche an geeigneten Stellen; c) Implantieren von piezoelektrischen Elementen in die Dichtung; d) Aufdampfen von solchen Strukturen auf die Dichtungsoberfläche, die einem Dehnungsmessstreifen ähnlich sind; e) Fertigen der gesamten Dichtung aus Werkstoffen, die das Erkennen von
Dehnungen oder Stauchungen über Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit oder
Ladung erlauben; f) Ausgestaltung der Dichtung derart, dass durch Druck verursachte Veränderungen kapazitiv oder induktiv messbar sind; g) Einbau von Sensorelementen zur Druckmessung in Stopfbuchspackungen usw.
Diese Ausgestaltungen schließen folgende Dichtungsarten ein:
a) Dichtungen für rotierende Abdichtungsaufgaben, wie z.B. Lippenringe. Durch die richtige Platzierung und Ausrichtung kann das Drucksignal von anderen Einflüssen getrennt werden. b) Dichtungen für oszillierende Abdichtungsaufgaben, wie z.B. V-Ringe, Dachmanschetten, Step-Seals, Lippenringe, Stopfbuchspackungen; c) O-Ringe; d) Fachdichtungen für Flansche, Behälter usw. e) spezielle Dichtungsarten, wie sie beispielsweise in der Hygienetechnik, der Hochdrucktechnik usw. zur Anwendung gelangen. Die Erfindung wird im folgenden in Form einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Dichtring mit einem auf die Oberfläche applizierten
Dehnungsmessstreifen als Sensorelement;
Fig. 2a schematisch in Seitenansicht eine Dichtung mit einem auf der
Dichtungsoberfäche angebrachten Sensorelement, das eine relativ kleine Sensorfläche aufweist;
Fig. 2b ein in die Dichtung integriertes Sensorelement und
Fig. 2c ein an der Oberfläche der Dichtung angebrachtes Sensorelement, das sich über die gesamte Dichtungsoberfläche ausbreitet;
Fig. 3 schematisch in Seitenansicht eine Dichtung mit sich in unterschiedlichen Richtungen erstreckenden Sensorelementen;
Fig. 4 eine Dichtung mit sich quer zur Dichtungsachse über die gesamte
Dichtungsoberfläche erstreckendem Sensorelement;
Fig. 5a schematisch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Wellendichtring im
Normalzustand und
Fig. 5b in einem durch die erfindungsgemäße Messeinrichtung erfassten
Zustand einer gewissen Nachgiebigkeit;
Fig. 6 schematisch perspektivisch einen Dichtring mit Sensorelementen, die in unterschiedlichen Richtungen angeordnet sind; Fig. 7 schematisch einen Dichtring mit einem Sensorelement, das sich über den gesamten Umfang des Dichtrings erstreckt;
Fig. 8 schematisch im Diagramm das über die Zeit aufgezeichnete Dehnungssignal der erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtung mit kurzzeitiger statischer Belastung und
Fig. 9 schematisch im Diagramm das Dehnungsmessdiagramm einer erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtung beim Übergang von einer geschmierten auf eine trockene Kolbenfläche.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, dient die dargestellte Dichtung 1 , die die Form eines Dichtrings aufweist, als Messeinrichtung zum Erfassen des auf sie ausgeübten Drucks und damit der hieraus resultierenden Nachgiebigkeit. Zu diesem Zweck ist der Dichtring 1 an seinem Außenumfang mit einem Sensorelement in Form eines Dehnungsmessstreifens versehen, so dass hierdurch sämtliche Zustandsänderungen der Dichtung 1 selbst und damit auch der umgebenden Bauteile erfasst werden können.
In Fig. 2a bis c ist im einzelnen schematisch dargestellt, in welcher Weise das Sensorelement 2 mit der Dichtung 1 verbunden sein kann. So ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2a das Sensorelement 2 durch geeignete Fertigungsmassnahmen (Aufdampfen, galvanisch Applizieren, Kleben, Aufdrucken) auf die Oberfläche der Dichtung 1 aufgebracht und erstreckt sich nur über eine relativ kleine Dichtungsoberfläche.
Demgegenüber ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2b das Sensorelement 2 in die Dichtung 1 integriert, während es bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2c wieder an der Oberfläche der Dichtung 1 angebracht ist, sich jedoch über den gesamten Umfang der Dichtung 1 erstreckt. Die Art der Ausrichtung des jeweiligen Sensorelementes 2 im Verhältnis zur Dichtung 1 ist des Beispiels halber in Fig. 3 und 4 dargestellt. Hierbei ist im oberen Teil von Fig. 3 ersichtlich, dass sich das Sensorelement 2 in Richtung der Dichtungsachse 3 erstreckt, während es im unteren Teil von Fig. 3 quer zur Dichtungsachse 3 verläuft. In beiden Fällen ist jedoch das Sensorelement 2 mit einer entsprechenden Messeinrichtung 4 zum Erfassen der betreffenden Messsignale des Sensorelementes 2 versehen.
Aus Fig. 4 ist eine abgewandelte Ausführungsform des Sensorelementes 2 ersichtlich; dieses erstreckt sich über den gesamten Umfang der Dichtung 1 , wobei es quer zur Dichtungsachse 3 verläuft.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist die Dichtung 1 als Wellendichtring dargestellt, die in der üblichen Weise eine sich drehende Welle 5 gegenüber einem feststehenden Bauteil 6 abdichtet. Wenn nun die im Normalzustand befindliche Dichtung 1 gemäß Fig. 5a aufgrund veränderter Dichtungszustände (erhöhter Druck, Verschleiß usw.) unterworfen wird, wird diese ausgelenkt, d.h. gibt in entsprechender Weise nach, wie in Fig. 5b angedeutet. Hierbei sind dann beidseits an der Dichtung 1 angebrachte Sensorelemente 2, beispielsweise in Form von Dehnungsmessstreifen, in der Lage, eine derartige Nachgiebigkeit sofort zu erfassen und in geeigneter Weise anzuzeigen.
In Fig. 6 ist perspektivisch ein Dichtring 1 dargestellt, bei dem des Beispiels halber das links gezeigte Sensorelement 2, das auf der Oberfläche der Dichtung 1 aufgebracht ist, sich quer zur Dichtungsachse 3 erstreckt, während das rechts in Fig. 6 dargestellte Sensorelement 2 in Richtung der Dichtungsachse 3 verläuft. Hierdurch ist es aufgrund der vorgesehenen zwei autarken Sensorelemente 2 möglich, - beispielsweise in Form von Dehnungsmessstreifen - sowohl Kippungen der Dichtung 1 (mittels des in Achsrichtung verlaufenden rechten Sensorelementes 2) als auch Durchmesserveränderungen der Dichtung 1 (mittels des in Umgangsrichtung verlaufenden linken Sensorelementes 2) zu registrieren. Demgegenüber zeigt Fig. 7 ein mit einer Messeinrichtung verbundenes Sensorelement 2, das an der Oberfläche der Dichtung 1 verläuft, sich jedoch über den gesamten Dichtungsumfang - quer zur Dichtungsachse 3 - erstreckt.
Aus Fig. 8 ist das Dehnungssignal einer mit Dehnungsmessstreifen als Sensorelement 2 ausgestatteten Dichtung 1 im Diagramm ersichtlich, wobei die an der Messeinrichtung 4 gemessene Axialspannung V über der Zeit s aufgetragen ist und deutlich die kurzzeitige statische Belastung erkannt werden kann, die sich ergibt, wenn die Dichtung 1 als Druckmesser bzw. als Fluidniveaumesser dient.
In ähnlicher Weise ist aus Fig. 9 im Diagramm das Dehnungsmesssignal der Dichtung beim Übergang von einer geschmierten auf eine trockene Kolbenfläche erkennbar.
Hinsichtlich vorstehend nicht näher erläuterter Merkmale wird im übrigen ausdrücklich auf die Zeichnung sowie auf die Ansprüche verwiesen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen technischer bzw. physikalischer Parameter von Maschinen bzw. Geräten und/oder deren Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen wenigstens eine für die Maschine bzw. deren Bauteil vorgesehene, statische oder insbesondere dynamische, Dichtung (1 ) dient,
- dass die Dichtung (1 ) mit einer Messeinrichtung (4) zum Erfassen des technischen bzw. physikalischen Zustandes der Dichtung (1 ) selbst bzw. deren Zustandsänderung versehen ist,
- dass die Messeinrichtung (4) wenigstens ein Sensorelement (2) zum Erfassen der durch Verschleiß bzw. Störung an der Dichtung (1 ) selbst, an dem durch die Dichtung (1 ) abzudichtenden Bauteil (5) und/oder an der gesamten Maschine bewirkten Zustandsänderung der Dichtung (1 ) aufweist und
- dass das Sensorelement (2) die Nachgiebigkeit der Dichtung bzw. deren hierdurch bewirkte Verformung und/oder die Dehnung bzw. Stauchung der Dichtung (1 ) und/oder eine durch Druck bewirkte Veränderung der Dichtung (1 ) und/oder Schwingungen bzw. Vibrationen der Maschine bzw. eines Bauteils (5, 6) hiervon erfasst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) ein Dehnungsmessstreifen (DMS) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) eine Piezofolie bzw. ein piezoelektrisches Element ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) ein kapazitiv auswertbares Element ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) ein induktiv auswertbares Element ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) aus dem Material der Dichtung (1 ) selbst besteht, das derart ausgewählt ist, dass es das Erfassen von Dehnungen oder Stauchungen der Dichtung (1 ) über Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit oder Ladung erlaubt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) an der Oberfläche der Dichtung (1 ) befestigt bzw. hierauf angebracht ist und sich wenigstens über ein Teil der Dichtungsoberfläche erstreckt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) auf die Dichtungsoberfläche aufgedampft, aufgedruckt oder aufgeklebt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (2) in die Dichtung (1 ) integriert ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Sensorelement (2) quer zur Dichtungsachse (3) erstreckt und/oder in Richtung der Dichtungsachse (3) erstreckt.
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