WO2021228498A1 - Gleitringdichtungsanordnung mit sensoreinrichtung - Google Patents

Gleitringdichtungsanordnung mit sensoreinrichtung Download PDF

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WO2021228498A1
WO2021228498A1 PCT/EP2021/060100 EP2021060100W WO2021228498A1 WO 2021228498 A1 WO2021228498 A1 WO 2021228498A1 EP 2021060100 W EP2021060100 W EP 2021060100W WO 2021228498 A1 WO2021228498 A1 WO 2021228498A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor device
mechanical seal
sliding ring
wear
seal arrangement
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/060100
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Rapp
Robert SUSZNIAK
Michael Müller
Original Assignee
Eagleburgmann Germany Gmbh & Co.Kg
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 Eagleburgmann Germany Gmbh & Co.Kg filed Critical Eagleburgmann Germany Gmbh & Co.Kg
Publication of WO2021228498A1 publication Critical patent/WO2021228498A1/de

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Classifications

    • 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
    • F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
    • F16J15/3492—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member with monitoring or measuring means associated with the seal

Definitions

  • the present invention relates to a mechanical seal arrangement with a sensor device for monitoring the mechanical seal arrangement with wireless transmission of information and / or signals and / or energy.
  • the mechanical seal arrangement according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that, in the case of a mechanical seal which has a wear sliding ring, for example a carbon ring, reliable detection of the wear state of this wear sliding ring is possible. This makes it possible to determine at an early stage when it is necessary to replace the wear sliding ring and to plan appropriate preparatory measures, for example a maintenance date.
  • the mechanical seal arrangement comprises a mechanical seal with a rotating and a stationary sliding ring which define a sealing gap on mutually opposite sliding surfaces.
  • At least one of the two sliding rings is designed as a wear sliding ring, in particular a carbon ring or the like, which has a fixed wear on the sliding surface during operation, which leads to a loss of material on this wear sliding ring.
  • the mechanical seal arrangement comprises a first sensor device, which is arranged wirelessly on the mechanical seal. The first sensor device is set up to detect wear of at least one of the slip rings.
  • a transmitter / receiver unit is provided, which is arranged on the mechanical seal and is set up to receive sensor signals from the sensor device. The sensor signals received are signals that provide information about existing wear on the wear sliding ring. A very good detection of wear on a slide ring of the slide ring seal can thus be made possible.
  • the wear sliding ring has a lower hardness than the other sliding ring.
  • the wear sliding ring preferably comprises carbon, in particular graphite, and the other sliding ring is made from a harder material, in particular a ceramic material, for example SiC.
  • the first sensor device is particularly preferably arranged directly on the rotating seal ring or alternatively on a component connected to the rotating seal ring, for example a rotating seal ring carrier or a rotating sleeve.
  • a partial area of the first sensor device is particularly preferably arranged at a defined wear limit of the wear sliding ring.
  • the first sensor device is preferably an RFID transponder, in particular a passive RFID transponder, the RFID transponder comprising an antenna coil and a microchip.
  • Wear on the wear slip ring changes a signal sent by the sensor device to the transmitter / receiver unit, so that the changed sensor signal indicates wear on the wear slip ring can. For example, a signal strength of the sensor device can change when wear occurs.
  • a region of the antenna coil is particularly preferably arranged at the wear limit. In this way, for example, a signal strength of the sensor signal emitted by the sensor device can be influenced in a simple manner.
  • An outermost turn of the antenna coil is particularly preferably arranged on the wear limit of the wear sliding ring. Thus, when the wear limit is reached, the outermost turn of the antenna coil is damaged, which leads to the desired change in the signal of the sensor device.
  • the mechanical seal arrangement further preferably comprises further sensor devices which detect other parameters of the mechanical seal. These other parameters are, for example, a temperature of the sliding rings, a vibration behavior of the sliding rings or a speed of the mechanical seal.
  • At least one of the sensor devices is preferably arranged between a sliding ring and a component connected to the sliding ring.
  • the sliding ring is preferably the stationary sliding ring.
  • a shrink connection is particularly preferably formed between the sliding ring and the component connected to the sliding ring.
  • the sensor device is then held between the two by the shrinking process between the sliding ring and the component.
  • the component or the sliding ring is first heated so that it expands.
  • the cooler component is then arranged in the heated component or sliding ring. When it cools down, the heated component shrinks back to its original size, creating a shrink connection. It is possible that the sensor device is clamped directly by the shrink connection between the sliding ring and the component connected to the sliding ring or a recess is provided in the sliding ring and / or in the component connected to the sliding ring, in which the sensor device is arranged and from which The shrunk-on component is covered.
  • the shrink connection is arranged on the inner circumference of the rotating seal ring between the rotating seal ring and a support ring.
  • a recess can preferably be provided in the rotating sliding ring and the sensor device can be arranged in the recess.
  • the sensor device is covered and protected by the support ring during the shrinking process of the heated sliding ring.
  • the design of the shrink connection between the sliding ring and the support ring is then such that the sensor device is not damaged by the shrink connection.
  • an evaluation unit is preferably integrated into the transmitter / receiver unit. The evaluation unit is set up to evaluate the sensor signal sent by the sensor device.
  • the data volumes to be transmitted can be significantly reduced if they are transmitted, for example, to a database or to the manufacturer of the mechanical seal arrangement.
  • the evaluation unit can preferably also be arranged directly on the sensor device. The sensor device then becomes significantly more expensive, but only reduced amounts of data need to be transmitted from the sensor device to the transmitter / receiver unit.
  • the sensor device further comprises an electrical line.
  • the electrical line is at least partially arranged on the defined wear limit. If the electrical line is reached and damaged during progressive wear of the wear sliding ring, this indicates that the wear sliding ring has progressed because, for example, a current flow through the electrical line is interrupted.
  • the electrical line can be arranged on a surface of the sliding ring.
  • the electrical line can also be integrated into the sliding ring, for example if the sliding ring is manufactured as a ceramic component by a sintering process, the electrical line can be integrated in a simple manner.
  • the sensor devices of the mechanical seal arrangement can be fixed to surfaces on the outer sides of the sliding rings, for example by means of adhesive connections or, alternatively, they can also be integrated directly into the sliding rings.
  • the defined wear limit on the wear slide ring is preferably 90% of the maximum possible wear on the wear slide ring.
  • the sensor device for detecting the wear of the wear slide ring is arranged on the wear slide ring.
  • the sensor device for detecting the wear of the wear slide ring is arranged on the wear slide ring.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a mechanical seal assembly according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a sensor device of the mechanical seal arrangement from FIG. 1, and
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a sensor device according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the mechanical seal arrangement 1 comprises a mechanical seal
  • a sealing gap 5 is defined between a first sliding surface 3a on the rotating sliding ring 3 and a second sliding surface 4a on the stationary sliding ring 4.
  • the mechanical seal arrangement 1 seals a product area 11 from an atmospheric area 12.
  • the rotating sliding ring 3 is arranged on a rotating sleeve 31.
  • the rotating seal ring 3 is fixed to the sleeve 31 by means of a seal ring carrier 30.
  • the sleeve 31 is in turn arranged on a shaft 10 rotating about a central axis X-X.
  • the stationary slide ring 4 is arranged on a housing 9.
  • a supply channel 13 for a barrier fluid and a discharge channel 14 for a leak are also arranged in the housing 9.
  • the mechanical seal arrangement 1 further comprises a first sensor device 6.
  • the first sensor device 6 is arranged on the rotating sliding ring 3 and is designed to detect wear on the rotating sliding ring 3, which in this exemplary embodiment is designed as a wear sliding ring. During operation, the rotating sliding ring 3 wears on its sliding surface 3a, so that the rotating sliding ring 3 has to be replaced after a certain running time.
  • the mechanical seal arrangement comprises a support ring 17 which is arranged on the rotating seal ring 3.
  • the support ring 17 is arranged on the inner circumference of the rotating seal ring and covers a recess 34 in the rotating seal ring 3 in which the first sensor device 6 is arranged.
  • a shrink connection 32 is formed between the support ring 17 and the rotating slide ring 3.
  • the first sensor device 6 is arranged in the recess 34 in such a way that no damage to the first sensor device 6 occurs during the shrink-fitting process.
  • the rotating seal ring 3 is a carbon graphite ring in this embodiment.
  • the stationary sliding ring 4 is a ceramic ring, for example made of SiC. Thereby the Wear sliding ring has a lower hardness than the stationary sliding ring 4, so that when there is contact with the sliding surfaces, wear occurs on the softer, rotating sliding ring 3.
  • the first sensor device 6 can be seen in detail from FIG.
  • the first sensor device 6 for detecting the wear on the rotating sliding ring 3 is a passive RFID transponder.
  • the sensor device 6 comprises a microchip 60 and an antenna coil 61.
  • the antenna coil 61 is arranged in a spiral shape as a square spiral around the microchip 60.
  • the mechanical seal arrangement 1 further comprises a transmitter / receiver unit 7.
  • a wireless transmission of transmitter signals and energy is possible between the first sensor device 6 for detecting the wear and tear and the transmitter / receiver unit 7.
  • the first sensor device 6 can be activated by the transmitter / receiver unit 7.
  • the first sensor device 6 in this exemplary embodiment is therefore a passive RFID transponder.
  • the transceiver unit 7 is also connected to an evaluation unit 8.
  • the evaluation unit 8 is set up to evaluate the sensor signals received from the first sensor device 6. It should be noted that the evaluation unit 8 can be arranged at any position. For example, the evaluation unit 8 is arranged on the mechanical seal arrangement, for example in the housing 9, or alternatively also arranged at a completely different location away from the mechanical seal arrangement 1.
  • the mechanical seal arrangement 1 also includes further sensor devices. As can be seen from FIG. 1, a temperature sensor 20 is also provided, which is also arranged on the rotating slide ring 3. Furthermore, a vibration sensor 21 is provided, which is arranged on the stationary slide ring 4 in a recess 40 formed therein and is fixed therein by gluing. In addition, a speed sensor 22 is provided on the rotating seal ring 3.
  • the sensor devices can be glued to surfaces on the components of the mechanical seal arrangement 1.
  • the wear sensor is fixed to the rotating slide ring 3 by means of a shrink connection 32.
  • the rotating seal ring 3 is first heated so that it expands. Then the support ring 17 and the first sensor device 6 are inserted into the heated and expanded slide ring 3. When the sliding ring 3 cools, it contracts radially inward again, whereby the first sensor device 6 is fixed between the support ring 17 and the rotating sliding ring 3.
  • a radially inwardly bent torque driver 30a is also provided on the sliding ring carrier 30 and a groove 33 is formed in the rotating sliding ring 3, in which the speed sensor 22 is arranged.
  • a wear limit 16 is defined on the rotating sliding ring 3, which is the wear sliding ring.
  • the antenna coil 61 is arranged with its last turn 61a directly on the wear limit 16. If the wear sliding ring is worn up to the wear limit 16, the antenna coil 61 will be damaged in this area. This changes a sensor signal which is transmitted from the sensor device 6 to the transmitter / receiver unit 7. In this way, when the wear limit of the wear slide ring has been reached, it can be detected in a reliable manner.
  • the construction of the sensor device 6 is very simple and, in particular, inexpensive. It only has to be ensured that the sensor device 6 with the antenna coil 61 is correctly placed on the wear sliding ring. Alternatively, the sensor device 6 can also be arranged on the surface of the wear sliding ring by means of an adhesive connection.
  • the first sensor device 6 in this exemplary embodiment is arranged in the atmosphere region 12. As a result, it is not exposed to the possibly hot and / or high pressure product in the product area 11.
  • corresponding protective measures are provided for the first sensor device 6 so that it can also be arranged on a partial area of the rotating sliding ring 3 which is located on the product area 11.
  • the temperature sensor 20 and the speed sensor 22 are arranged in the product area 11 in this exemplary embodiment.
  • the vibration sensor 21, like the sensor device 6 for detecting wear, is arranged in the atmosphere region 12.
  • FIG. 3 shows a first sensor device 6 of a mechanical seal arrangement 1 according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • the first sensor device 6 of the second exemplary embodiment essentially corresponds to the first exemplary embodiment, whereby, in contrast to the first exemplary embodiment, in the second exemplary embodiment, the sensor device 6 also has an electrical line 62.
  • a resistor 63 can be arranged in the electrical line 62.
  • the electrical line 62 is arranged on the wear limit 16 of the wear sliding ring. If the wear of the sliding ring on the sliding surface 3a now advances to the wear limit 16, the electrical line 62 located on the wear limit 16 is damaged. This damage can easily be detected, for example due to an interruption in a circuit. As a result, a sensor signal of the first sensor device 6 can also change, which signal from the transmitter Receiver unit 7 is received accordingly. Otherwise, this exemplary embodiment corresponds to the first exemplary embodiment, so that reference can be made to the description given there.
  • the first sensor devices 6 are designed as passive RFID transponders and are supplied with electrical energy from the outside via the transmitter / receiver unit 7. However, it is also possible for the first sensor devices 6 to have their own energy supply.
  • the other sensor devices such as the temperature sensor 20, the vibration sensor 21 and the speed sensor 22, can also be designed as passive or active RFID transponders. However, other sensors are also possible.
  • an interrogation by the transmitter / receiver unit 7 can take place continuously or at predetermined intervals, for example every hour.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung, umfassend eine Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (3), mit einer ersten Gleitfläche (3a) und einem stationären Gleitring (4) mit einer zweiten Gleitfläche (4a), welche zwischen sich einen Dichtspalt (5) definieren, wobei einer der beiden Gleitringe (3, 4) als Verschleißgleitring ausgebildet ist, an welchem im Betrieb ein festgelegter Verschleiß auftritt, wenigstens eine erste Sensoreinrichtung (6), welche kabellos an einem der Gleitringe angeordnet ist, wobei die erste Sensoreinrichtung (6) eingerichtet ist, den Verschleiß dieses Gleitringes zu erfassen, und eine Sender- Empfängereinheit (7), welche an der Gleitringdichtung (2) angeordnet ist und eingerichtet ist, Sensorsignale der ersten Sensoreinrichtung (6) zu empfangen.

Description

Gleitringdichtungsanordnung mit Sensoreinrichtung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer Sensoreinrichtung zur Überwachung der Gleitringdichtungsanordnung mit kabelloser Übertragung von Informationen und/oder Signalen und/oder Energie.
Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Um eine Überwachung einer Gleitringdichtungsanordnung zu realisieren und möglichst frühzeitig einen möglichen Ausfall der Gleitringdichtungsanordnung Vorhersagen zu können, werden unterschiedliche physikalische Werte im Bereich der Gleitringdichtung erfasst und überwacht. Die hierzu verwendeten Sensoren sind üblicherweise kabelgebunden. Dadurch ist es nicht möglich, am rotierenden Gleitring direkt Werte aufzunehmen. Um einen Zustand des rotierenden Gleitringes feststellen zu können, kann dies daher immer nur indirekt erfolgen. Weiterhin muss insbesondere bei Gleitringdichtungen, welche einen sog. Verschleißgleitring aufweisen, welcher im Betrieb einen festgelegten Verschleiß aufweist, möglichst frühzeitig ein notwendiger Austausch eines verschlissenen Gleitringes, welcher durch Abrieb oder dgl. verschleißen kann, bestimmt werden. Sollte am Verschleißgleitring ein zu großer Verschleiß vorliegen, besteht die Gefahr, dass eine schwerwiegende Beschädigung der Gleitringdichtungsanordnung auftritt, oder das abzudichtende Produkt nicht mehr sicher abgedichtet werden kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine vereinfachte Erfassung, insbesondere eines Verschleißes eines Gleitringes der Gleitringdichtungsanordnung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 weist den Vorteil auf, dass bei einer Gleitringdichtung, welche einen Verschleißgleitring, beispielsweise einen Kohlering, aufweist, eine sichere Erfassung eines Verschleißzustandes dieses Verschleißgleitringes möglich ist. Dadurch kann frühzeitig bestimmt werden, wann ein Austausch des Verschleißgleitringes notwendig ist und entsprechende vorbereitende Maßnahmen, beispielsweise ein Wartungstermin, geplant werden. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Gleitringdichtungsanordnung eine Gleitringdichtung mit einem rotierenden und einem stationären Gleitring umfasst, welche aneinander gegenüberliegenden Gleitflächen einen Dichtspalt definieren. Wenigstens einer der beiden Gleitringe ist dabei als Verschleißgleitring, insbesondere Kohlering oder dgl. , ausgebildet, welcher im Betrieb einen festgelegten Verschleiß an der Gleitfläche aufweist, was zu einem Materialverlust an diesem Verschleißgleitring führt. Ferner umfasst die Gleitringdichtungsanordnung eine erste Sensoreinrichtung, welche kabellos an der Gleitringdichtung angeordnet ist. Die erste Sensoreinrichtung ist eingerichtet, einen Verschleiß wenigstens eines der Gleitringe zu erfassen. Ferner ist eine Sender-Empfängereinheit vorgesehen, welche an der Gleitringdichtung angeordnet ist und eingerichtet ist, Sensorsignale der Sensoreinrichtung zu empfangen. Die empfangenen Sensorsignale sind dabei Signale, welche einen Aufschluss über einen vorhandenen Verschleiß des Verschleißgleitringes geben. Somit kann eine sehr gute Erfassung eines Verschleißes eines Gleitringes der Gleitringdichtung ermöglicht werden. Der Verschleißgleitring weist eine geringere Härte als der andere Gleitring auf. Bevorzugt umfasst der Verschleißgleitring Kohlenstoff, insbesondere Graphit und der andere Gleitring ist aus einem härteren Material, insbesondere einem keramischen Material, beispielsweise SiC, hergestellt.
Die erste Sensoreinrichtung ist besonders bevorzugt direkt am rotierenden Gleitring angeordnet oder alternativ an einem mit dem rotierenden Gleitring verbundenen Bauteil, beispielsweise einem rotierenden Gleitringträger oder einer rotierenden Hülse, angeordnet.
Besonders bevorzugt ist ein Teilbereich der ersten Sensoreinrichtung an einer definierten Verschleißgrenze des Verschleißgleitringes angeordnet. Hierdurch kann bei Erreichen der definierten Verschleißgrenze des Verschleißgleitringes erreicht werden, dass eine Beschädigung des RFID-Transponders auftritt, welche beispielsweise zu einer Signaländerung oder zu einem vollständigen Ausfall der ersten Sensoreinrichtung führen kann. Dadurch kann auf einen fortgeschrittenen Verschleiß des Verschleißgleitringes geschlossen werden.
Die erste Sensoreinrichtung ist vorzugsweise ein RFID-Transponder, insbesondere ein passiver RFID-Transponder, wobei der RFID-Transponder eine Antennenspule und einen Mikrochip umfasst. Durch einen Verschleiß am Verschleißgleitring ändert sich dabei ein von der Sensoreinrichtung gesandtes Signal an die Sender-Empfängereinheit, so dass aus dem geänderten Sensorsignal auf einen Verschleiß des Verschleißgleitringes geschlossen werden kann. Beispielsweise kann sich eine Signalstärke der Sensoreinrichtung bei auftretendem Verschleiß ändern.
Besonders bevorzugt ist ein Bereich der Antennenspule an der Verschleißgrenze angeordnet. Hierdurch kann auf einfache Weise z.B. eine Signalstärke des von der Sensoreinrichtung abgebenen Sensorsignales beeinflusst werden. Besonders bevorzugt ist dabei eine äußerste Windung der Antennenspule auf der Verschleißgrenze des Verschleißgleitringes angeordnet. Somit wird bei Erreichen der Verschleißgrenze die äußerste Windung der Antennenspule beschädigt, was zur gewünschten Signaländerung der Sensoreinrichtung führt.
Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung weitere Sensoreinrichtungen, welche andere Parameter der Gleitringdichtung erfassen. Diese anderen Parameter sind beispielsweise eine Temperatur der Gleitringe, ein Schwingungsverhalten der Gleitringe oder eine Drehzahl der Gleitringdichtung.
Vorzugsweise ist wenigstens eine der Sensoreinrichtungen zwischen einem Gleitring und einem mit dem Gleitring verbundenen Bauteil angeordnet. Dadurch kann die Sensoreinrichtung durch das Bauteil geschützt werden. Vorzugsweise ist der Gleitring hierbei der stationäre Gleitring.
Besonders bevorzugt ist zwischen dem Gleitring und dem mit dem Gleitring verbundenen Bauteil eine Schrumpfverbindung ausgebildet. Die Sensoreinrichtung wird dann durch den Schrumpfvorgang zwischen dem Gleitring und dem Bauteil zwischen diesen beiden gehalten. Bei der Schrumpfverbindung wird das Bauteil oder der Gleitring zuerst erwärmt, damit sich dieses ausdehnt. Anschließend wird das kühlere Bauteil im erwärmten Bauteil oder Gleitring angeordnet. Beim Abkühlen schrumpft dann das erwärmte Bauteil wieder auf seine ursprüngliche Größe zusammen, wodurch eine Schrumpfverbindung hergestellt wird. Dabei ist es möglich, dass die Sensoreinrichtung unmittelbar durch die Schrumpfverbindung zwischen dem Gleitring und dem mit dem Gleitring verbundenen Bauteil geklemmt wird oder eine Ausnehmung im Gleitring und/oder im mit dem Gleitring verbundenen Bauteil vorgesehen ist, in welcher die Sensoreinrichtung angeordnet ist und von dem aufgeschrumpften Bauteil überdeckt wird.
Beispielsweise ist die Schrumpfverbindung am Innenumfang des rotierenden Gleitringes zwischen dem rotierenden Gleitring und einem Stützring angeordnet. Eine Ausnehmung kann dabei vorzugsweise im rotierenden Gleitring vorgesehen sein und die Sensoreinrichtung in der Ausnehmung angeordnet werden. Dadurch wird beim Schrumpfvorgang des erwärmten Gleitringes die Sensoreinrichtung durch den Stützring abgedeckt und geschützt. Die Auslegung des Schrumpfverbundes zwischen dem Gleitring und dem Stützring ist dann dabei derart, dass die Sensoreinrichtung nicht durch die Schrumpfverbindung beschädigt wird. Um einen möglichst kompakten Aufbau zu ermöglichen, ist vorzugsweise in die Sender- Empfängereinheit eine Auswerteeinheit integriert. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, das von der Sensoreinrichtung übersandte Sensorsignal auszuwerten. Hierdurch können die weiter zu übertragenden Datenmengen signifikant reduziert werden, wenn diese beispielsweise an eine Datenbank oder zu dem Hersteller der Gleitringdichtungsanordnung übertragen werden. Es sei angemerkt, dass die Auswerteeinheit vorzugsweise auch direkt an der Sensoreinrichtung angeordnet werden kann. Hierbei wird zwar dann die Sensoreinrichtung deutlich teurer, jedoch müssen nur reduzierte Datenmengen von der Sensoreinrichtung auf die Sender- Empfängereinheit übertragen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Sensoreinrichtung ferner eine elektrische Leitung. Die elektrische Leitung ist zumindest teilweise auf der definierten Verschleißgrenze angeordnet. Falls bei einem fortschreitenden Verschleiß des Verschleißgleitringes die elektrische Leitung erreicht wird und beschädigt wird, kann hierdurch auf den fortgeschrittenen Verschleiß des Verschleißgleitringes geschlossen werden, da z.B. ein Stromfluss durch die elektrische Leitung unterbrochen ist. Beispielsweise kann die elektrische Leitung an einer Oberfläche des Gleitringes angeordnet werden. Alternativ kann die elektrische Leitung auch in den Gleitring integriert sein, beispielsweise wenn der Gleitring als Keramikbauteil durch ein Sinterverfahren hergestellt wird, kann die elektrische Leitung auf einfache Weise integriert werden.
Die Sensoreinrichtungen der Gleitringdichtungsanordnung können an Oberflächen an den Außenseiten der Gleitringe fixiert sein, beispielsweise mittels Klebeverbindungen oder alternativ auch in die Gleitringe direkt integriert sein.
Die definierte Verschleißgrenze am Verschleißgleitring liegt vorzugsweise bei 90% eines maximal möglichen Verschleißes des Verschleißgleitringes.
Um bei Vorsehen von mehreren Sensoreinrichtungen möglichst geringe Austauschkosten zu haben, ist am Verschleißgleitring vorzugsweise ausschließlich die Sensoreinrichtung zur Erfassung des Verschleißes des Verschleißgleitringes angeordnet. Dadurch können, falls weitere Sensoreinrichtungen an der Gleitringdichtungsanordnung vorhanden sind, um diese nach Austausch des Verschleißgleitringes weiter benutzt werden.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Figur 2 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung der Gleitringdichtungsanordnung von Figur 1 , und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Sensoreinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 eine Gleitringdichtungsanordnung
1 gemäss einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine Gleitringdichtung
2 mit einem rotierenden Gleitring 3 und einem stationären Gleitring 4. Zwischen einer ersten Gleitfläche 3a am rotierenden Gleitring 3 und einer zweiten Gleitfläche 4a am stationären Gleitring 4 ist ein Dichtspalt 5 definiert.
Die Gleitringdichtungsanordnung 1 dichtet dabei einen Produktbereich 11 von einem Atmosphärenbereich 12 ab.
Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist der rotierende Gleitring 3 an einer rotierenden Hülse 31 angeordnet. Dabei ist der rotierende Gleitring 3 mittels eines Gleitringträgers 30 an der Hülse 31 fixiert. Die Hülse 31 ist ihrerseits an einer um eine Mittelachse X-X rotierenden Welle 10 angeordnet.
Der stationäre Gleitring 4 ist an einem Gehäuse 9 angeordnet. Im Gehäuse 9 ist ferner ein Zufuhrkanal 13 für ein Sperrfluid und ein Abfuhrkanal 14 für eine Leckage angeordnet.
Ferner umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine erste Sensoreinrichtung 6. Die erste Sensoreinrichtung 6 ist am rotierenden Gleitring 3 angeordnet und ist eingerichtet, um einen Verschleiß des rotierenden Gleitringes 3, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als Verschleißgleitring ausgebildet ist, zu erfassen. Im Betrieb verschleißt dabei der rotierende Gleitring 3 an seiner Gleitfläche 3a, so dass der rotierende Gleitring 3 nach einer gewissen Laufzeit ausgetauscht werden muss.
Ferner umfasst die Gleitringdichtungsanordnung einen Stützring 17, welcher am rotierenden Gleitring 3 angeordnet ist. Der Stützring 17 ist am Innenumfang des rotierenden Gleitringes angeordnet und überdeckt eine Ausnehmung 34 im rotierenden Gleitring 3, in welcher die erste Sensoreinrichtung 6 angeordnet ist. Dabei ist zwischen dem Stützring 17 und dem rotierenden Gleitring 3 eine Schrumpfverbindung 32 ausgebildet. Die erste Sensoreinrichtung 6 ist dabei derart in die Ausnehmung 34 angeordnet, dass beim Aufschrumpfvorgang keine Beschädigung der ersten Sensoreinrichtung 6 auftritt.
Der rotierende Gleitring 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Kohlegraphitring. Der stationäre Gleitring 4 ist ein keramischer Ring, beispielsweise aus SiC. Dadurch weist der Verschleißgleitring eine geringere Härte als der stationäre Gleitring 4 auf, so dass bei einem Kontakt an den Gleitflächen ein Verschleiß am weicheren, rotierenden Gleitring 3 auftritt.
Die erste Sensoreinrichtung 6 ist im Detail aus Figur 2 ersichtlich. Die erste Sensoreinrichtung 6 zur Erfassung des Verschleißes des rotierenden Gleitringes 3 ist ein passiver RFID- Transponder. Wie in Figur 2 gezeigt, umfasst die Sensoreinrichtung 6 einen Mikrochip 60 sowie eine Antennenspule 61. Die Antennenspule 61 ist spiralförmig in diesem Ausführungsbeispiel als Viereckspirale um den Mikrochip 60 angeordnet. Ferner umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine Sender-Empfängereinheit 7.
Zwischen der ersten Sensoreinrichtung 6 zur Erfassung des Verschleißes und der Sender- Empfängereinheit 7 ist eine kabellose Übertragung von Sendersignalen und Energie möglich. Dadurch kann die erste Sensoreinrichtung 6 durch die Sender-Empfängereinheit 7 aktiviert werden. Somit ist die erste Sensoreinrichtung 6 in diesem Ausführungsbeispiel ist ein passiver RFID-Transponder.
Die Sende-Empfängereinheit 7 ist ferner mit einer Auswerteeinheit 8 verbunden. In die Auswerteeinheit 8 ist eingerichtet, die empfangenen Sensorsignale der ersten Sensoreinrichtung 6 auszuwerten. Es sei angemerkt, dass die Auswerteeinheit 8 an einer beliebigen Position angeordnet sein kann. Beispielsweise ist die Auswerteeinheit 8 an der Gleitringdichtungsanordnung, beispielsweise im Gehäuse 9, angeordnet, oder alternativ auch an einem völlig anderen Ort entfernt von der Gleitringdichtungsanordnung 1 angeordnet.
Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst neben der Sensoreinrichtung 6 zur Erfassung des Verschleißes auch noch weitere Sensoreinrichtungen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist ferner ein Temperatursensor 20 vorgesehen, welcher ebenfalls am rotierenden Gleitring 3 angeordnet ist. Weiterhin ist ein Schwingungssensor 21 vorgesehen, welcher am stationären Gleitring 4 in einer darin gebildeten Ausnehmung 40 angeordnet ist und darin durch Kleben fixiert ist. Darüber hinaus ist am rotierenden Gleitring 3 ein Drehzahlsensor 22 vorgesehen.
Die Sensoreinrichtungen können auf Oberflächen an den Bauteilen der Gleitringdichtungsanordnung 1 aufgeklebt werden. Alternativ ist, wie in Fig. 1 gezeigt, in diesem Ausführungsbeispiel der Verschleißsensor mittels einer Schrumpfverbindung 32 am rotierenden Gleitring 3 fixiert. Hierbei wird zur Ausbildung der Schrumpfverbindung zwischen dem Stützring 17 und dem rotierenden Gleitring 3 zuerst der rotierende Gleitringring 3 erwärmt, so dass sich dieser ausdehnt. Dann werden der Stützring 17und die erste Sensoreinrichtung 6 in den erwärmten und ausgedehnten Gleitring 3 eingelegt. Beim Abkühlen des Gleitringes 3 zieht sich dieser wieder radial nach innen zusammen, wodurch eine Fixierung der ersten Sensoreinrichtung 6 zwischen dem Stützring 17 und dem rotierenden Gleitring 3 erfolgt. Wie weiter aus Figur 1 ersichtlich ist, ist am Gleitringträger 30 ferner ein radial nach innen gebogener Drehmomentmitnehmer 30a vorgesehen und im rotierenden Gleitring 3 ist eine Nut 33 ausgebildet, in welcher der Drehzahlsensor 22 angeordnet ist.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist am rotierenden Gleitring 3, welcher der Verschleißgleitring ist, eine Verschleißgrenze 16 definiert. Die Antennenspule 61 ist dabei mit ihrer letzten Windung 61a direkt auf der Verschleißgrenze 16 angeordnet. Wenn somit ein Verschleiß des Verschleißgleitringes bis zur Verschleißgrenze 16 auftritt, wird die Antennenspule 61 in diesem Bereich beschädigt. Dadurch ändert sich ein Sensorsignal, welches von der Sensoreinrichtung 6 an die Sender-Empfängereinheit 7 übertragen wird. Somit kann auf sichere Weise ein Erreichen der Verschleißgrenze des Verschleißgleitringes erfasst werden. Dabei ist der Aufbau der Sensoreinrichtung 6 sehr einfach und insbesondere kostengünstig. Es muss lediglich beachtet werden, dass die Sensoreinrichtung 6 mit der Antennenspule 61 richtig auf dem Verschleißgleitring plaziert wird. Alternativ kann die Sensoreinrichtung 6 auch mittels einer Klebeverbindung auf der Oberfläche des Verschleißgleitringes angeordnet werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist die erste Sensoreinrichtung 6 in diesem Ausführungsbeispiel im Atmosphärenbereich 12 angeordnet. Dadurch ist sie nicht dem gegebenenfalls heißen und/oder unter hohem Druck stehendem Produkt im Produktbereich 11 ausgesetzt. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, dass entsprechende Schutzmaßnahmen der ersten Sensoreinrichtung 6 vorgesehen werden, so dass diese auch an einem Teilbereich des rotierenden Gleitringes 3 angeordnet werden kann, welche am Produktbereich 11 liegt. Wie in Figur 1 gezeigt, ist in diesem Ausführungsbeispiel der Temperatursensor 20 und der Drehzahlsensor 22 im Produktbereich 11 angeordnet. Der Schwingungssensor 21 ist, wie die Sensoreinrichtung 6 zur Verschleißerfassung im Atmosphärenbereich 12 angeordnet.
Figur 3 zeigt eine erste Sensoreinrichtung 6 einer Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die erste Sensoreinrichtung 6 des zweiten Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel die Sensoreinrichtung 6 zusätzlich noch eine elektrische Leitung 62 aufweist. In der elektrischen Leitung 62 kann ein Widerstand 63 angeordnet sein.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist die elektrische Leitung 62 auf der Verschleißgrenze 16 des Verschleißgleitringes angeordnet. Wenn nun der Verschleiß des Gleitringes an der Gleitfläche 3a bis zur Verschleißgrenze 16 fortschreitet, wird die sich auf der Verschleißgrenze 16 befindliche elektrische Leitung 62 beschädigt. Diese Beschädigung kann einfach erfasst werden, z.B. aufgrund einer Unterbrechung eines Stromkreises. Dadurch kann sich auch ein Sensorsignal der ersten Sensoreinrichtung 6 ändern, welches von der Sender- Empfängereinheit 7 entsprechend empfangen wird. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Zu allen beschriebenen Ausführungsbeispielen sei angemerkt, dass die erste Sensoreinrichtungen 6 als passive RFID-Transponder ausgebildet sind, und von außen über die Sender-Empfängereinheit 7 mit elektrischer Energie versorgt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass die erste Sensoreinrichtungen 6 eine eigene Energieversorgung aufweisen. Auch die weiteren Sensoreinrichtungen, wie der Temperatursensor 20, der Schwingungssensor 21 und der Drehzahlsensor 22 können als passive oder aktive RFID-Transponder ausgebildet sein. Es sind jedoch auch andere Sensoren möglich.
Es sei ferner zu allen Ausführungsbeispielen angemerkt, dass eine Abfrage durch die Sender- Empfängereinheit 7 kontinuierlich erfolgen kann oder in vorbestimmten Intervallen, beispielsweise stündlich.
Bezugszeichenliste
1 Gleitringdichtungsanordnung
2 Gleitringdichtung
3 rotierender Gleitring
3a erste Gleitfläche des rotierenden Gleitringes
4 stationärer Gleitring
4a zweite Gleitfläche des stationären Gleitringes
5 Dichtspalt
6 erste Sensoreinrichtung zur Verschleißerfassung
7 Sender-Empfängereinheit
8 Auswerteeinheit
9 Gehäuse
10 Welle
11 Produktbereich
12 Atmpshärenbereich
13 Zufuhrkanal für Sperrfluid
14 Abfuhrkanal für Leckage
16 Verschleißgrenze am Verschleißgleitring
17 Stützring
20 Temparatursensor
21 Schwingungssenor
22 Drehzahlsensor
30 Gleitringträger
30a Drehmomentmitnehmer
31 Hülse
32 Schrumpfverbindung
33 Nut
34 Ausnehmung
40 Ausnehmung
60 Mikrochip
61 Antennenspule
61 a letzte Windung der Antennenspule
62 elektrische Leitung
63 Widerstand und X-X Axialrichtung der Gleitringdichtungsanordnung
X-X Mittelachse

Claims

Ansprüche
1. Gleitringdichtungsanordnung, umfassend: eine Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (3) mit einer ersten Gleitfläche (3a) und einem stationären Gleitring (4) mit einer zweiten Gleitfläche (4a), welche zwischen sich einen Dichtspalt (5) definieren, wobei einer der beiden Gleitringe (3, 4) als Verschleißgleitring ausgebildet ist, an welchem im Betrieb ein festgelegter Verschleiß auftritt, wenigstens eine erste Sensoreinrichtung (6), welche kabellos an einem der Gleitringe angeordnet ist, wobei die erste Sensoreinrichtung (6) eingerichtet ist, den Verschleiß dieses Gleitringes zu erfassen, und eine Sender-Empfängereinheit (7), welche an der Gleitringdichtung (2) angeordnet ist und eingerichtet ist, Sensorsignale der ersten Sensoreinrichtung (6) zu empfangen.
2. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Sensoreinrichtung (6) am rotierenden Gleitring (3) angeordnet ist.
3. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Sensoreinrichtung (6) derart am Gleitring angeordnet ist, dass ein Teilbereich der Sensoreinrichtung (6) auf einer definierten Verschleißgrenze (16) des Verschleißgleitringes angeordnet ist.
4. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Sensoreinrichtung (6) ein RFID-Transponder mit einem Mikrochip (60) und einer Antennenspule (61) ist.
5. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 4, wobei ein Bereich der Antennenspule (61) auf der definierten Verschleißgrenze (16) des Verschleißgleitringes angeordnet ist.
6. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 5, wobei eine äusserste Windung der Antennenspule (61) auf der Verschleißgrenze (16) liegt.
7. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend mindestens eine weitere Sensoreinrichtung, insbesondere einen Temperatursensor (20) und/oder einen Schwingungssensor (21) und/oder einen Drehzahlsensor (22).
8. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der Sensoreinrichtungen zwischen einem Gleitring (3) und einem mit dem Gleitring verbundenen Bauteil angeordnet ist.
9. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 8, wobei zwischen dem Gleitring (3) und dem mit dem Gleitring verbundenen Bauteil eine Schrumpfverbindung (32) ausgebildet ist und die Sensoreinrichtung durch den Schrumpfvorgang zwischen dem Gleitring (3) und dem Bauteil gehalten ist.
10. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine der Sensoreinrichtungen in einer Ausnehmung im Gleitring und/oder in einer Ausnehmung in dem mit dem Gleitring verbundenen Bauteil angeordnet ist.
11. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 10, wobei die Sensoreinrichtung (6) in einer Ausnehmung (34) in einem Gleitring angeordnet ist.
12. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sender-Empfängereinheit (7) ferner eine Auswerteeinheit (8) umfasst, welche die Sensorsignale auswertet oder wobei die Sender-Empfängereinheit (7) mit einer
Auswerteeinheit (8), welche ortsfern von der Sender-Empfängereinheit (7) angeordnet ist, verbunden ist.
13. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Sensoreinrichtung (6) eine elektrische Leitung (60) aufweist, welche zumindest teilweise auf der definierten Verschleißgrenze angeordnet ist.
14 Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Verschleißgleitring nur die erste Sensoreinrichtung (6) zur Verschleißerfassung angeordnet ist.
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