WO2024061745A1 - Dichtungsanordnung und verfahren zur zustands- und/oder leckagenüberwachung der dichtung - Google Patents

Dichtungsanordnung und verfahren zur zustands- und/oder leckagenüberwachung der dichtung Download PDF

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WO2024061745A1
WO2024061745A1 PCT/EP2023/075338 EP2023075338W WO2024061745A1 WO 2024061745 A1 WO2024061745 A1 WO 2024061745A1 EP 2023075338 W EP2023075338 W EP 2023075338W WO 2024061745 A1 WO2024061745 A1 WO 2024061745A1
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WO
WIPO (PCT)
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sealing
sealing arrangement
section
shaft
electrode element
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/075338
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thorsten Arnhold
Jürgen Ulm
Tobias Trella
Original Assignee
R. Stahl Schaltgeräte GmbH
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 R. Stahl Schaltgeräte GmbH filed Critical R. Stahl Schaltgeräte GmbH
Publication of WO2024061745A1 publication Critical patent/WO2024061745A1/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
    • F16J15/32—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 sealing arrangement, in particular for sealing a housing at a point at which a shaft and/or a shaft emerges from the housing, as well as a method for monitoring the condition and/or leakage of the sealing arrangement.
  • the sealing arrangement is preferably used in an explosion-proof system.
  • the seal has a partially electrically conductive sealing element, which is electrically insulated from the shaft by an insulating layer.
  • the insulating layer can wear out due to wear, which can change the contact tension of the elements of the sealing arrangement compared to the shaft to be sealed. This change in contact voltage can be recorded and evaluated by pressure sensors or measuring elements.
  • a warehouse in which a functional module is housed.
  • the functional module can record different measured variables or a change in the condition of the bearing.
  • DE 20 2007 004 159 U1 describes a device for monitoring the operating temperature of a bearing.
  • DE 10 2007 042 254 also describes a measuring device with which the lubricant provided in the bearing can be analyzed.
  • WO 2019/063 175 A1 also describes a sealing ring with a sensor integrated therein.
  • the sensor integrated in the sealing ring can be, for example, a temperature sensor, a pressure sensor or even a viscosity sensor.
  • EP 2 037 161 discloses a seal with an integrated sensor.
  • the seal has a plug-in piece with a sleeve-shaped support body, which is surrounded by the sealing body on the outside, as well as a Receiving tube that penetrates the wall of the seal radially.
  • the sensor is housed in the receiving tube.
  • WO 2018/036 768 A1 describes a sensor that is designed to detect a property of a measurement gas in a measuring room. The sensor is surrounded by the seal to seal the measuring gas space from the environment.
  • the sealing arrangement according to the invention serves in particular for sealing a housing at a point at which a shaft or a shaft emerges from the housing, the housing in particular being part of an explosion-proof system.
  • the sealing arrangement according to the invention has a sealing body arranged between the shaft and the housing with at least one holding section and at least one sealing section attached to the holding section. The sealing section is held in a radially resilient manner against the shaft by a spring means.
  • the sealing arrangement also has a sensor device integrated into the sealing body, which can be connected to an evaluation device for monitoring the condition and/or leakage of the sealing arrangement.
  • One aspect of the invention is based on the idea that the sensor device is set up to detect radial changes in position of the sealing section, whereby the sensor device can indirectly determine the tightness of the sealing arrangement.
  • This measuring method used by the sensor device is based on the fact that the sealing section of the sealing body is held resiliently against the shaft. As the sealing section wears, the remaining part of the sealing section and thus also the spring means gradually move further inwards in the radial direction towards the shaft.
  • wave impacts it can also happen that the shaft is suddenly moved in the radial direction from a central position due to external influences. Such wave impacts can also lead to leaks in the sealing arrangement.
  • the shaft shocks the shaft and thus also the sealing section adjacent to the shaft are moved. The change in position of the Sealing section is detected by the sensor device.
  • the object is achieved by a sealing arrangement which has a sealing body arranged between the shaft and the housing, which has at least one holding section, at least one sealing section attached to the holding section, which is radially resilient by a spring means is held pressing against the shaft, and contains at least one cavity formed in the sealing body downstream of the sealing section.
  • This sealing arrangement is also designed in particular for sealing a housing at a point at which a shaft or a shaft emerges from the housing, preferably in an explosion-proof system.
  • the sealing arrangement has a sensor device integrated into the sealing ring, which can be connected to an evaluation device for monitoring the condition and/or leakage of the sealing arrangement.
  • the sensor device is set up to detect the presence of fluid in the cavity or the entry of fluid into the cavity.
  • the tightness of the sealing arrangement can be directly detected by the sensor device integrated into the sealing arrangement, i.e. whether the fluid overcomes the sealing arrangement or whether the sealing arrangement keeps it tight.
  • the sensor device is in particular designed to capacitively determine the presence of the fluid in the cavity or the entry thereof into the cavity. If a fluid other than air enters the cavity, the relative permittivity within the cavity changes. This change in relative permittivity can be detected by the sensor device.
  • a fluid can, for example, be a lubricant, such as. B. a lubricating oil, to be understood.
  • the cavity formed in the sealing body can be open towards the sealing section and/or the shaft.
  • the cavity can be a groove arranged on an outer surface of the shaft and extending in the circumferential direction.
  • a special feature of the sealing arrangement according to the invention lies in the sensor device, which is integrated in the sealing arrangement and is set up to indirectly and/or directly detect the tightness of the sealing arrangement. This enables, preferably continuous, condition and/or leakage monitoring of the sealing arrangement, which is particularly advantageous for machines and systems in explosive environments, since increased operational safety of the machines and systems can be achieved here. At the same time, the otherwise necessary over-dimensioning of machines and systems can be reduced or even avoided.
  • the dimensions of the sealing arrangement with the integrated sensor unit preferably correspond to the dimensions of a conventional sealing arrangement without a sensor device. This allows easy retrofitting of existing systems and machines. Furthermore, the manual maintenance effort of the sealing arrangement can be reduced by integrating the sensor device in the sealing arrangement.
  • the sealing arrangement is preferably a sealing ring with which a gap between the shaft or the shaft and the housing is sealed.
  • the sealing body is preferably designed in a ring shape, so that it extends circumferentially around the shaft.
  • the sealing body in particular has an at least essentially U-shaped or double-T-shaped cross section.
  • the sealing section may have a sealing lip that faces the shaft.
  • the sealing lip can taper towards the shaft in order to form a defined contact surface with the shaft.
  • the sealing lip of the sealing section can be pressed against the shaft by the spring means.
  • the spring means can be, for example, a spring torus.
  • the spring means can extend in the circumferential direction, with the spring force of the spring means acting in the circumferential direction in such a way that the spring means contracts.
  • the sealing body can be made from a polymer, such as rubber or other elastomers.
  • the sealing body is made of polytetrafluoroethylene (PFTE).
  • the holding section has at least one support element which is arranged at least partially at an axial height with the sealing section, the radial distance from the support element to the shaft being greater than the radial distance of the sealing section from the shaft.
  • the support element can, for example, be designed in a ring shape.
  • Several segments can also form the support element in the holding section, whereby the segments can form circular arc sections of a ring.
  • the support element or the segments can be made of an electrically conductive material such as metal.
  • the support element or the segments can improve the stability of the sealing body.
  • the support element can also function as an electrode for the sensor device, for example by the capacitance between the spring means and the support element being controlled by the sensor device is recorded.
  • the support element can have an angular cross-section in order to improve the achievable stability of the sealing arrangement.
  • the sensor device is set up to capacitively determine the position of the spring means. If there is a change in the position of the spring means, for example due to wear of the sealing section, this can be detected by the sensor device integrated in the sealing arrangement.
  • the evaluation device can, for example, be set up to trigger and/or display an alarm when the spring means reaches a predetermined wear position relative to the shaft, at which it is assumed that the sealing section of the sealing body is worn. This allows the sensor device to indirectly detect whether a leak is occurring.
  • the sensor device can be set up to determine the presence of fluid in the cavity based on the (relative) permittivity. This enables the sensor device to directly detect whether a leak is occurring.
  • the sensor device has at least a first electrode element and a second electrode element, the first electrode element being formed by the spring means and the second electrode element being formed by the support element.
  • first electrode element being formed by the spring means
  • second electrode element being formed by the support element.
  • the sealing arrangement has a further support element which is at least partially arranged in an axial section with the sealing body, wherein the sensor device has a third electrode element which is formed by the support element.
  • the support element preferably has a section which is at least partially arranged in the same axial section as the sealing body, wherein the radial distance of the section of the support element to the shaft can be smaller than the radial distance of the spring means to the shaft. This represents another additional possibility of detecting changes in position of the spring means.
  • the sensor device is preferably set up to also detect changes in capacity to determine between the first and the third electrode element.
  • the support element can be made of an electrically conductive material, such as metal.
  • the second electrode element is at least partially enclosed by at least one fourth electrode element of the sensor device which is spaced apart from the second electrode element, wherein the relative permittivity between the second electrode element and the fourth electrode element can be determined by the evaluation device.
  • the sensor device can be set up to determine the (relative) permittivity between at least one further pair of electrode elements, such as between the second and third electrode elements or the second and fourth electrode elements.
  • the permittivity changes with the temperature of the sealing body, so that by determining the permittivity between a pair of electrode elements, in which in particular the electrode elements do not move relative to one another or in which preferably no cavity is arranged between the electrode elements, an indirect temperature measurement of the sealing body is achieved can be done.
  • the senor device has a sensor unit attached to the holding section and integrated in the sealing arrangement, which is designed to inductively determine changes in position of the spring means.
  • the sensor unit contains at least a first coil and a second coil magnetically coupled to the first coil, the radial distance of the sensor unit from the shaft being greater than that of the spring means from the shaft.
  • the sensor unit is in particular arranged at least essentially at the same axial height as the spring means.
  • the sealing body has at least a second sealing section with a third electrode element, which is arranged downstream of the leakage to the first sealing section, the cavity being formed between the first and the second sealing section.
  • the second sealing section can in particular be designed without any further spring means, for example as a dust lip.
  • the second sealing section can be held in a radially resilient manner against the shaft by a further spring means, the third electrode element being formed by the further spring means.
  • the sensor device is set up to determine the presence of fluid in the cavity based on a change in the (relative) permittivity between the first electrode element and the third electrode element.
  • the sensor device can additionally have a temperature sensor which is arranged on the sealing body, for example in the vicinity of the sealing section(s).
  • the sensor device contains a sensor capacitor accommodated in the cavity with a first electrode and a second electrode, between which a dielectric is provided.
  • the two electrode elements of the sensor capacitor are preferably wound into one another in order to increase the effective surface area of the sensor capacitor.
  • the dielectric can be made of an absorbent material, for example a fleece, which contains a lubricant that leaks through the sealing section and enters the cavity, such as lubricating oil. B. through oil diffusion. When the lubricant is absorbed into the dielectric, the capacitance of the sensor capacitor changes. These changes can be measured using the two electrode elements.
  • the object is achieved by the method for monitoring the condition and/or leakage of the sealing arrangement according to the above type according to claim 15.
  • the method includes at least one of the following steps: detecting radial position changes of the sealing section and/or detecting the presence of fluid in the cavity.
  • FIG. 2 shows a cross section of a second exemplary embodiment of the sealing arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows a cross section of a third exemplary embodiment of the sealing arrangement according to the invention
  • FIG. 4 shows a cross section of a fourth exemplary embodiment of the sealing arrangement according to the invention
  • FIG. 5 shows a cross section of a fifth exemplary embodiment of the sealing arrangement according to the invention
  • FIG. 6 shows a cross section of a sixth exemplary embodiment of the sealing arrangement according to the invention
  • FIG. 7 shows a cross section of a seventh exemplary embodiment of the sealing arrangement according to the invention, as well
  • Figure 8 shows a longitudinal section through the sealing arrangement.
  • Figure 1 schematically illustrates a first embodiment of the sealing arrangement 1 according to the invention.
  • the sealing arrangement shown in Figure 1 is designed as a sealing ring which is arranged in a gap 23 between a housing 2 to be sealed and a shaft 3 which emerges from the housing.
  • the sealing arrangement 1 has a sealing body 4 which extends in a ring shape around the shaft 3.
  • the shaft 3 is rotatably mounted about an axis of rotation R.
  • Figure 1 is one side of the sealing arrangement 1 annular and concentric to the shaft 3, shown in cross section.
  • the sealing body 4 has a U-shaped cross section which is open towards the interior 24 of the housing 2 and closed towards the surroundings 25 of the housing 2.
  • the sealing body 4 has a holding section 5 which rests on the wall 26 of the housing 2 .
  • the holding section 5 of the sealing body 4 is formed in Figure 1 by the leg 28 of the U-shaped sealing body 4 resting on the housing 2.
  • the sealing body 4 also has a sealing section 6.
  • the sealing section 6 is formed by the leg 29 of the U-shaped sealing body 4 arranged on the shaft 3.
  • the holding section 5 and the sealing section 6 are connected in Figure 1 via a connecting section 27.
  • the holding section 5, the connecting section 27 and the sealing section 6 can be monolithic.
  • the sealing section 6 is pressed radially resiliently against the shaft 3 by a spring means 10.
  • the spring means 10 is designed as a spring torus which runs concentrically to the axis of rotation R of the shaft 3.
  • the spring means 10 is arranged on the inside of the leg 29 of the U-shaped sealing body 4 arranged on the shaft 3.
  • the sealing section 6 On the side of the leg 29 facing the shaft 3, the sealing section 6 has a sealing web 30 which rests on a contact surface 31 on the shaft 3.
  • the sealing web 30 shown in Figure 1 tapers towards the shaft 3.
  • a support element 11 is arranged in the holding section 5.
  • the support element 11 can be enclosed by the sealing body 4.
  • the support element 11 is ring-shaped and has an angular cross-section.
  • the leg 28 arranged on the housing 2 and at least part of the connecting section 27 of the sealing body 4 can be mechanically stiffened by the support element 11.
  • the spring means 10 forms a first electrode element 12 and the support element 11 forms a second electrode element 13, the two electrode elements 12, 13 being connected to an evaluation device 8.
  • the evaluation device 8 can detect the capacitance between the two electrode elements 12, 13.
  • the two electrode elements 12, 13 form a sensor capacitor.
  • a further support element 15 is arranged on a side of the sealing body 4 facing the surroundings 25 of the housing 2.
  • the support element 15 extends annularly and concentrically around the shaft 3 and has an angular cross section. At least one section 32 of the support element 15 is arranged in an axial section A with the sealing body 4, with the section 32 being arranged closer to the shaft 3 in the radial direction than the spring means 10.
  • the support element 15 is connected to the evaluation device 8, so that the support element 15 can be used as a third electrode element 14.
  • the evaluation device 8 is set up to determine the capacity between the first and third electrode elements 12, 14 in addition to the capacity between the first and second electrode elements 12, 13. Alternatively, the evaluation device 8 can also only determine the capacity between the first and the third electrode elements 12, 14.
  • FIG. 1 A third exemplary embodiment of the sealing arrangement 1 according to the invention is shown in FIG. The previous description also applies to the third exemplary embodiment based on the reference symbols already introduced.
  • position changes AP of the sealing section 6 are detected inductively.
  • the sensor device 7 has a sensor unit 16 which is accommodated in the sealing body 4.
  • the sensor unit 16 is attached to an inside of the leg 28 of the U-shaped sealing body 4.
  • the sensor unit 16 is arranged in an axial region B with the spring means 10.
  • the sensor unit 16 shown in FIG. 3 enables inductive measurement of position changes AP in the low frequency (LF) range.
  • the sensor unit 16 has a first coil 17 and a second coil 18 which are wound around a magnetic core 33 on opposite sides.
  • the first coil 17 serves as a primary coil
  • the second coil 18 serves as a secondary coil.
  • the first and second coils 17, 18 are each electrically connected to the evaluation device 8.
  • the magnetic core 33 is not closed on the side facing the spring means 10, as a result of which an air gap is formed on this side.
  • a low-frequency harmonic signal (voltage signal) is applied to the primary coil 17.
  • FIG. 1 A fourth exemplary embodiment of the sealing arrangement 1 according to the invention is illustrated in FIG.
  • the previous description applies accordingly based on the reference symbols already introduced.
  • the previous description applies accordingly based on the reference symbols already introduced.
  • the sensor unit 16 enables inductive measurement of position changes AP of the spring means 10 in the high-frequency (HF) range.
  • the first coil 17 of the sensor unit 16 serves as a transmitting coil 17 and the second coil 18 serves as a receiving coil 18.
  • the transmitting coil 17 and the receiving coil 18 are also electrically connected to the evaluation device 8.
  • a high-frequency signal can be emitted, which induces eddy currents in the spring means 10.
  • the eddy currents induced in the spring means 10 can be detected with the receiving coil 18.
  • the transmitting coil 17 and the receiving coil 18 are magnetically coupled to one another.
  • the sealing body 4 has a further sealing section 19.
  • the further sealing section 19 is arranged on the side of the leg 29 facing the shaft 3.
  • a third electrode element 14, which can be connected to the evaluation device 8, is arranged in or on the further sealing section 19.
  • a cavity 9 is formed between the sealing section 6 and the further sealing section 19 in the sealing body 4, downstream of the sealing section 6.
  • the cavity 9 is open on at least one side. In the example shown in Figure 5, the cavity 9 is open towards the shaft 3. If the sealing section 6 becomes leaky, for example due to wear, a leak L occurs, which ensures that a fluid, such as lubricant, overcomes the sealing section 6 and accumulates in the cavity 9.
  • the presence of the fluid in the cavity 9 can be detected by the evaluation device 8 with the sensor capacitor formed by the first and third electrode elements 12, 14.
  • the relative permittivity changes in this area of the sensor capacitor, as a result of which the capacitance between the first electrode element 12 and the third electrode element 14 changes.
  • the change in capacity can be recorded by the evaluation device 8.
  • a temperature sensor 20 is also attached to the sealing body 4.
  • the temperature sensor 20 can be arranged between the legs 28, 29 of the U-shaped sealing body 4.
  • the temperature sensor 20 can serve to provide additional information regarding the temperature of the sealing arrangement 1.
  • the temperature sensor 20 may also be provided in any of the previous embodiments and any subsequent embodiments.
  • FIG. 6 shows a sixth exemplary embodiment of the sealing arrangement 1 according to the invention.
  • the previous description also applies to the sixth exemplary embodiment, based on the reference numbers already introduced.
  • the sixth exemplary embodiment based on the reference numbers already introduced.
  • the sealing body 4 has a cavity 9 which is arranged downstream of the first sealing section 6.
  • no sensor capacitor is formed from the existing elements of the sealing arrangement 1, but rather a separate sensor capacitor 34 is formed with a first electrode 35 and a second electrode 36. Between the first and the second electrode 35, 36, a dielectric 22 is arranged.
  • the first electrode 35 and the second electrode 36 can be wound into one another and arranged electrically separated from one another by a dielectric 22.
  • the dielectric 22 is preferably made of an absorbent material, such as a fleece.
  • FIG. 1 A seventh exemplary embodiment of the sealing arrangement 1 according to the invention is illustrated in FIG. The previous description also applies to the seventh exemplary embodiment based on the reference numbers already introduced. In addition:
  • the sealing body 4 is designed to be double-T-shaped in cross section.
  • the T-shaped area facing the housing 2 contains the holding section 5, while the T-shaped area facing the shaft 3 contains the sealing section 6 and the further sealing section 19.
  • the sealing sections 6, 19 each have a sealing web which tapers towards the shaft 3. They are located at one tip of the sealing bars Sealing sections 6, 19 are each in mechanical contact with the shaft 3.
  • the further sealing section 19 is held resiliently against the shaft 3 by a further spring means 21.
  • a cavity 9 is formed here between the sealing section 6 and the further sealing section 19.
  • the spring means 10, 21 are used as electrode elements 12, 14 of a sensor capacitor 34.
  • the electrode elements 12, 14 are electrically connected to the evaluation device 8. If a fluid penetrates into the cavity 9, the relative permittivity in the cavity 9 changes. This change can be detected by the evaluation device 8.
  • FIG. 1 A longitudinal section of the sealing arrangement 1 according to the first exemplary embodiment is shown schematically in FIG.
  • the spring means 10 forms a first electrode element 12, which is connected to the evaluation device 8.
  • a support element 11 is arranged in the holding section 5 in FIG.
  • the support element 11 is formed from two segments of a circle, which are arranged concentrically around the shaft 3 and are preferably equidistant from one another.
  • the spring means 10 serves as the first electrode element 12.
  • the segments of the support element 11 serve as a plurality of second electrode elements 13. This makes it possible to change capacitance between the first electrode element 12 and the individual second electrode elements 13, which can be particularly advantageous if a wave impact is to be detected. It is also possible for the support element 11 to have more than two segments, each of which can serve as second electrode elements 13 for the evaluation device 8.
  • the sealing arrangement 1 serves to seal a housing 2 at a point at which a shaft 3 or a shaft emerges from the housing 2, the housing 2 being in particular part of an explosion-proof system.
  • the sealing arrangement 1 arranged between the shaft 3 or the shaft and the housing 2 has a sensor device 7 integrated into it, which can be connected to an evaluation device 8 for monitoring the condition and/or leakage of the sealing arrangement 1.
  • the sealing body 4 of the sealing arrangement 1 has a sealing section 6 which is held resiliently against the shaft 3 or the shaft. Alternatively or additionally, the sealing body 4 has a cavity 9 arranged downstream of the sealing section 6 for leakage.
  • the sensor device 7 is set up to detect changes in position AP of the sealing section 6 and/or the presence of fluid in the cavity 9.
  • first coil (primary coil, transmitting coil)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Examining Or Testing Airtightness (AREA)
  • Sealing Devices (AREA)

Abstract

Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung (1) dient zum Abdichten eines Gehäuses (2) an einer Stelle, an der eine Welle (3) oder ein Schaft aus dem Gehäuse (2) austritt, wobei das Gehäuse (2) insbesondere Teil einer explosionsgeschützten Anlage ist. Die zwischen der Welle (3) oder dem Schaft und dem Gehäuse (2) angeordnete Dichtungsanordnung (1) weist eine in diese integrierte Sensoreinrichtung (7) auf, die mit einer Auswerteeinrichtung (8) zur Zustandsund/oder Leckagenüberwachung der Dichtungsanordnung (1) verbindbar ist. Der Dichtkörper (4) der Dichtungsanordnung (1) weist einen Dichtungsabschnitt (6) auf, der federnd gegen die Welle (3) oder den Schaft drückend gehaltert ist. Alternativ oder zusätzlich weist der Dichtkörper (4) eine leckagenstromabwärts von dem Dichtungsabschnitt (6) angeordnete Kavität (9) auf. Die Sensoreinrichtung (7) ist dazu eingerichtet, Positionsänderungen (ΔP) des Dichtungsabschnitts (6) und/oder ein Vorhandensein von Fluid in der Kavität (9) zu erfassen.

Description

Dichtungsanordnung und Verfahren zur Zustands- und/oder Leckagenüberwachung der Dichtung
[ 0001 ] Die Erfindung betri f ft eine Dichtungsanordnung, insbesondere zum Abdichten eines Gehäuses an einer Stelle , an der eine Welle und/oder ein Schaft aus dem Gehäuse austreten, sowie ein Verfahren zur Zustands- und/oder Leckagenüberwachung der Dichtungsanordnung . Die Dichtungsanordnung findet vorzugsweise in einer explosionsgeschützten Anlage Anwendung .
[ 0002 ] Dichtungen, die eine sensorische Erfassung von Undichtigkeiten ermöglichen, die beispielsweise durch Verschleiß oder Alterung der Dichtung auftreten können, sind grundsätzlich bekannt .
[ 0003 ] In der DE 10 2018 001 690 B3 weist die Dichtung ein teilweise elektrisch leitfähiges Dichtelement auf , welches durch eine I solierschicht gegenüber der Welle elektrisch isoliert ist . Durch Verschleißerscheinungen kann sich die I solierschicht abnutzen, wodurch sich die Kontaktspannung der Elemente der Dichtungsanordnung gegenüber der abzudichtenden Welle ändern kann . Diese Änderung der Kontaktspannung kann durch Drucksensoren oder Messelemente erfasst und ausgewertet werden .
[ 0004 ] In der DE 10 2016 012 552 Al ist eine Dichtungsanordnung mit einer Dichtlippe zur Abdichtung eines Spalts zwischen einem Maschinenelement und einem Gehäuse of fenbart . Der Grundkörper der Dichtungsanordnung ist aus elastischem und elektrisch leitfähigem Material hergestellt . Auf der Außenseite des Grundkörpers ist dieser mit einem Deckmantel aus elektrisch isolierendem Material bedeckt . Dieses Material nutzt sich mit zunehmendem Verschleiß ab, so dass sich die elektrischen Eigenschaften der Dichtung ändern . Dies kann sensorisch erfasst und ausgewertet werden .
[ 0005 ] Außerdem sind aus dem Stand der Technik Sensoren für Maschinenlager bekannt , die eine Zustandsüberwachung des Lagers ermöglichen .
[ 0006 ] In der WO 2019/ 144 989 Al wird beispielsweise ein Lager beschrieben, in welchem ein Funktionsmodul untergebracht ist . Das Funktionsmodul kann unterschiedliche Messgrößen oder eine Zustandsänderung des Lagers erfassen . In der DE 20 2007 004 159 Ul wird eine Vorrichtung zur Überwachung der Betriebstemperatur eines Lagers beschrieben . In der DE 10 2007 042 254 wird außerdem eine Messvorrichtung beschrieben, mit der das im Lager vorgesehene Schmiermittel analysiert werden kann .
[ 0007 ] Die WO 2019/ 063 175 Al beschreibt außerdem einen Dichtungsring mit einem darin integrierten Sensor . Der in dem Dichtungsring integrierte Sensor kann beispielsweise ein Temperatursensor, ein Drucksensor oder auch ein Viskositätssensor sein .
[ 0008 ] Ferner wird in der EP 2 037 161 eine Dichtung mit einem integrierten Sensor of fenbart . Die Dichtung weist ein Steckstück mit einem hülsenförmigen Stützkörper, der außen umfangsseitig von dem Dichtkörper ummantelt ist , sowie ein Aufnahmerohr auf , das die Wandung der Dichtung radial durchdringt . In dem Aufnahmerohr ist der Sensor untergebracht . Außerdem wird in der WO 2018 / 036 768 Al ein Sensor beschrieben, der zur Erfassung einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messraum ausgestaltet ist . Der Sensor ist von der Dichtung umgeben, um den Messgasraum gegenüber der Umgebung abzudichten .
[ 0009 ] Insbesondere im Bereich von explosionsgeschützten Anlagen ist ein möglichst frühzeitiges Erkennen von Leckagen und Öl flüssen in Dichtungen wünschenswert , um die Anlage vor Schaden zu bewahren . Leckagen in Dichtringen, wie beispielsweise Wellendichtringen, können sich zu potentiellen Zündquellen entwickeln, wenn das verwendete Schmiermittel aus der Dichtung austritt und dadurch die Schmierwirkung verloren gehen kann . Es können sich hierdurch Heißpunkte bilden, die zu Bränden und/oder Explosionen in der Anlage führen können . Um solche Brände oder durch Explosionen auftretende Druckstöße technisch unter Kontrolle zu bringen, werden üblicherweise die Gehäuse der Anlagen in ihrer Festigkeit überdimensioniert , was zu einem zusätzlichen Material- und Platzbedarf führt .
[ 0010 ] Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Dichtungsanordnung, eine Anlage und ein Verfahren bereitzustellen, welche bzw . welches eine , insbesondere kontinuierliche , Überwachung von Dichtungen in Bezug auf den Dichtungs zustand und/oder Leckagen in der Dichtungsanordnung ermöglicht .
[ 0011 ] Diese Aufgabe wird von der Dichtungsanordnung nach Anspruch 1 und/oder nach Anspruch 2 gelöst : [ 0012 ] Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung dient insbesondere zum Abdichten eines Gehäuses an einer Stelle , an der eine Welle oder ein Schaft aus dem Gehäuse austritt , wobei das Gehäuse insbesondere Teil einer explosionsgeschützten Anlage ist . Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung weist einen zwischen der Welle und dem Gehäuse angeordneten Dichtkörper mit mindestens einem Halteabschnitt und mindestens einem an dem Halteabschnitt befestigten Dichtungsabschnitt auf . Der Dichtungsabschnitt ist durch ein Federmittel radial federnd gegen die Welle drückend gehalten . Die Dichtungsanordnung weist außerdem eine in den Dichtkörper integrierte Sensoreinrichtung auf , die mit einer Auswerteeinrichtung zur Zustands- und/oder Leckagenüberwachung der Dichtungsanordnung verbindbar ist .
[ 0013 ] Ein Aspekt der Erfindung beruht auf der Idee , dass die Sensoreinrichtung dazu eingerichtet ist , radiale Positionsänderungen des Dichtungsabschnitts zu erfassen, wodurch die Sensoreinrichtung indirekt die Dichtheit der Dichtungsanordnung ermitteln kann . Diese von der Sensoreinrichtung angewandte Messmethode basiert darauf , dass der Dichtungsabschnitt des Dichtkörpers federnd gegen die Welle gehalten ist . Bei Abnutzung des Dichtungsabschnitts wandern der übrige Teil des Dichtungsabschnitts und damit auch das Federmittel allmählich in Radialrichtung weiter nach innen zur Welle hin . Darüber hinaus kann es bei Schlägen gegen die Welle , sogenannten Wellenschlägen, auch dazu kommen, dass die Welle durch äußere Einflüsse stoßartig in Radialrichtung aus einer mittigen Position heraus bewegt wird . Solche Wellenstöße können ebenfalls zu Undichtigkeiten in der Dichtungsanordnung führen . Bei Wellenstößen werden die Welle und damit auch der an der Welle anliegende Dichtungsabschnitt bewegt . Die Positionsänderung des Dichtungsabschnitts wird von der Sensoreinrichtung erfasst .
[ 0014 ] In einem weiteren unabhängigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch eine Dichtungsanordnung gelöst , die einen zwischen der Welle und dem Gehäuse angeordneten Dichtkörper aufweist , der mindestens einen Halteabschnitt , mindestens einen an dem Halteabschnitt befestigten Dichtungsabschnitt , der durch ein Federmittel radial federnd gegen die Welle drückend gehalten ist , sowie mindestens eine im Dichtkörper leckagenstromabwärts zum Dichtungsabschnitt geformte Kavität enthält . Auch diese Dichtungsanordnung ist insbesondere zum Abdichten eines Gehäuses an einer Stelle , an der eine Welle oder ein Schaft aus dem Gehäuse austritt , vorzugsweise in einer explosionsgeschützten Anlage ausgestaltet .
[ 0015 ] Die Dichtungsanordnung weist eine in den Dichtring integrierte Sensoreinrichtung auf , die mit einer Auswerteeinrichtung zur Zustands- und/oder Leckagenüberwachung der Dichtungsanordnung verbindbar ist . Die Sensoreinrichtung ist dazu eingerichtet , ein Vorhandensein von Fluid in der Kavität oder ein Eintreten von Fluid in die Kavität zu erfassen . Hierdurch kann durch die in die Dichtungsanordnung integrierte Sensoreinrichtung direkt die Dichtheit der Dichtungsanordnung erfasst werden, also ob das Fluid die Dichtungsanordnung überwindet oder ob die Dichtungsanordnung dicht hält . Die Sensoreinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet , das Vorhandensein des Fluids in der Kavität oder das Eintreten davon in die Kavität kapazitiv zu bestimmen . Tritt ein sich von Luft unterscheidendes Fluid in die Kavität ein, ändert sich die relative Permittivität innerhalb der Kavität . Diese Änderung der relativen Permittivität kann von der Sensoreinrichtung erfasst werden . Unter einem Fluid kann beispielsweise ein Schmiermittel , wie z . B . ein Schmieröl , verstanden werden . Die in dem Dichtkörper geformte Kavität kann zum Dichtungsabschnitt und/oder zur Welle hin geöf fnet sein . Beispielsweise kann die Kavität eine an einer Außenfläche der Welle angeordnete Nut sein, die sich in Umfangsrichtung erstreckt .
[ 0016 ] Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung liegt in der Sensoreinrichtung, die in der Dichtungsanordnung integriert ist und dazu eingerichtet ist , indirekt und/oder direkt die Dichtheit der Dichtungsanordnung zu erfassen . Dies ermöglicht eine , vorzugsweise kontinuierliche , Zustands- und/oder Leckagenüberwachung der Dichtungsanordnung, was insbesondere bei Maschinen und Anlagen in explosionsgefährdeten Umgebungen vorteilhaft ist , da hier eine erhöhte Betriebssicherheit der Maschinen und Anlagen erreicht werden kann . Gleichzeitig kann hierdurch die ansonsten notwendige Überdimensionierung der Maschinen und Anlagen reduziert oder gar vermieden werden .
[ 0017 ] Die Abmessungen der Dichtungsanordnung mit der integrierten Sensoreinheit entsprechen vorzugsweise den Abmessungen einer herkömmlichen Dichtungsanordnung ohne Sensoreinrichtung . Dies erlaubt ein einfaches Nachrüsten von bestehenden Anlagen und Maschinen . Des Weiteren kann durch die Integrierung der Sensoreinrichtung in der Dichtungsanordnung der manuelle Wartungsaufwand der Dichtungsanordnung verringert werden .
[ 0018 ] Bei der Dichtungsanordnung handelt es sich vorzugsweise um einen Dichtring, mit dem ein Spalt zwischen der Welle oder dem Schaft und dem Gehäuse abgedichtet wird . Der Dichtkörper ist vorzugsweise ringförmig ausgestaltet , so dass sich dieser umfangsseitig um die Welle herum erstreckt . Der Dichtkörper hat insbesondere einen zumindest im Wesentlichen U- förmigen oder doppel-T- förmigen Querschnitt . Der Dichtungsabschnitt kann eine Dichtungslippe aufweisen, die der Welle zugewandt ist . Die Dichtungslippe kann sich zur Welle hin verj üngen, um eine definierte Kontaktfläche mit der Welle zu bilden . Die Dichtungslippe des Dichtungsabschnitts kann von dem Federmittel gegen die Welle gedrückt werden . Das Federmittel kann beispielsweise ein Federtorus sein . Das Federmittel kann sich in Umfangsrichtung erstrecken, wobei die Federkraft des Federmittels in Umfangsrichtung derart wirkt , dass sich das Federmittel zusammenzieht . Der Dichtkörper kann aus einem Polymer, wie Gummi oder andere Elastomere , hergestellt sein . Beispielsweise ist der Dichtkörper aus Polytetrafluorethylen ( PFTE ) hergestellt .
[ 0019 ] Vorzugsweise weist der Halteabschnitt mindestens ein Tragelement auf , das zumindest teilweise auf einer Axialhöhe mit dem Dichtungsabschnitt angeordnet ist , wobei der radiale Abstand von dem Tragelement zur Welle größer ist als der radiale Abstand des Dichtungsabschnitts zur Welle . Das Tragelement kann beispielsweise ringförmig ausgestaltet sein . Es können auch mehrere Segmente das Tragelement in dem Halteabschnitt bilden, wobei die Segmente Kreisbogenabschnitte eines Rings bilden können . Das Tragelement oder die Segmente können aus einem elektrisch leitfähigen Material wie beispielsweise Metall hergestellt sein . Das Tragelement oder die Segmente können einerseits die Stabilität des Dichtkörpers verbessern . Andererseits kann das Tragelement auch als Elektrode für die Sensoreinrichtung fungieren, beispielsweise indem die Kapazität zwischen dem Federmittel und dem Tragelement von der Sensoreinrichtung erfasst wird .
[ 0020 ] Ferner kann das Tragelement einen winkel förmigen Querschnitt aufweisen, um die erreichbare Stabilität der Dichtungsanordnung zu verbessern .
[ 0021 ] In einer ersten Aus führungs form ist die Sensoreinrichtung dazu eingerichtet , die Position des Federmittels kapazitiv zu bestimmen . Wenn es zu einer Änderung der Position des Federmittels kommt , beispielsweise durch Verschleiß des Dichtungsabschnitts , kann dies durch die in der Dichtungsanordnung integrierte Sensoreinrichtung erfasst werden . Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, einen Alarm aus zulösen und/oder anzuzeigen, wenn das Federmittel eine vorbestimmte Verschleißposition relativ zur Welle erreicht , bei der angenommen wird, dass der Dichtungsabschnitt des Dichtkörpers verschlissen ist . Dies ermöglicht es der Sensoreinrichtung, indirekt zu erfassen, ob eine Leckage auftritt .
[ 0022 ] Zusätzlich oder alternativ kann die Sensoreinrichtung dazu eingerichtet sein, das Vorhandensein von Fluid in der Kavität anhand der ( relativen) Permittivität zu bestimmen . Dies ermöglicht es der Sensoreinrichtung, direkt zu erfassen, ob eine Leckage auftritt .
[ 0023 ] Insbesondere weist die Sensoreinrichtung mindestens ein erstes Elektrodenelement und ein zweites Elektrodenelement auf , wobei das erste Elektrodenelement durch das Federmittel und das zweite Elektrodenelement durch das Tragelement gebildet wird . Dies ermöglicht , dass den einzelnen Elementen der Dichtungsanordnung, wie beispielsweise dem Tragelement und/oder dem Federmittel zusätzlich zu der mechanischen Funktionalität auch eine sensorische Funktionalität zugeordnet werden kann, wobei die Abmessungen der Dichtungsanordnung mit integrierter Sensoreinrichtung zumindest im Wesentlichen den Abmessungen einer Dichtungsanordnung entsprechen, bei der keine Sensoreinrichtung integriert ist .
[ 0024 ] Bei auftretendem Verschleiß des Dichtungsabschnitts kann es zu einer Abstandsänderung zwischen dem Federmittel als erstes Elektrodenelement und der Welle kommen, was wiederum zu einer Kapazitätsänderung zwischen dem ersten Elektrodenelement und dem zweiten Elektrodenelement führt . Da das Federmittel der Sensoreinrichtung als erstes Elektrodenelement und das Tragelement der Sensoreinrichtung als zweites Elektrodenelement zugeordnet ist , können eine Positionsänderung des Dichtungsabschnitts und damit des Federmittels aufgrund einer dadurch entstehenden Kapazitätsänderung von der Sensoreinrichtung messtechnisch erfasst werden .
[ 0025 ] Insbesondere weist die Dichtungsanordnung ein weiteres Stützelement auf , das zumindest teilweise in einem Axialabschnitt mit dem Dichtkörper angeordnet ist , wobei die Sensoreinrichtung ein drittes Elektrodenelement aufweist , das durch das Stützelement gebildet ist . Das Stützelement weist vorzugsweise einen Abschnitt auf , der zumindest teilweise in demselben Axialabschnitt wie der Dichtkörper angeordnet ist , wobei der radiale Abstand des Abschnitts des Stützelements zur Welle kleiner als der radiale Abstand des Federmittels zur Welle sein kann . Dies bildet eine weitere zusätzliche Möglichkeit , Positionsänderungen des Federmittels zu erfassen . Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung dazu eingerichtet , auch Kapazitätsänderungen zwischen dem ersten und dem dritten Elektrodenelement zu bestimmen . Das Stützelement kann aus einem elektrisch leitfähigen Material , wie beispielsweise Metall , hergestellt sein .
[ 0026 ] Vorzugsweise ist das zweite Elektrodenelement von mindestens einem von dem zweiten Elektrodenelement beab- standeten vierten Elektrodenelement der Sensoreinrichtung zumindest teilweise umschlossen, wobei die relative Per- mittivität zwischen dem zweiten Elektrodenelement und dem vierten Elektrodenelement von der Auswerteeinrichtung bestimmbar ist .
[ 0027 ] Außerdem kann die Sensoreinrichtung dazu eingerichtet sein, die ( relative ) Permittivität zwischen mindestens einem weiteren Paar der Elektrodenelemente zu bestimmen, wie beispielsweise zwischen dem zweiten und dritten Elektrodenelement oder dem zweiten und vierten Elektrodenelement . Die Permittivität ändert sich mit der Temperatur des Dichtkörpers , so dass durch das Bestimmen der Permittivität zwischen einem Paar der Elektrodenelemente , bei dem sich insbesondere die Elektrodenelemente relativ zueinander nicht bewegen oder bei dem vorzugsweise zwischen den Elektrodenelementen keine Kavität angeordnet ist , eine indirekte Temperaturmessung des Dichtkörpers erfolgen kann .
[ 0028 ] In einer anderen Aus führungs form weist die Sensoreinrichtung eine am Halteabschnitt angebrachte und in der Dichtungsanordnung integrierte Sensoreinheit auf , die dazu eingerichtet ist , Positionsänderungen des Federmittels induktiv zu bestimmen .
[ 0029 ] Vorzugsweise enthält die Sensoreinheit mindestens eine erste Spule und eine mit der ersten Spule magnetisch gekoppelte zweite Spule , wobei der radiale Abstand der Sensoreinheit zur Welle größer als der des Federmittels zur Welle ist . Die Sensoreinheit ist insbesondere zumindest im Wesentlichen auf der gleichen Axialhöhe wie das Federmittel angeordnet .
[ 0030 ] In einer weiteren Aus führungs form weist der Dichtkörper mindestens einen zweiten Dichtungsabschnitt mit einem dritten Elektrodenelement auf , der leckagenstromabwärts zum ersten Dichtungsabschnitt angeordnet ist , wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtungsabschnitt die Kavität geformt ist .
[ 0031 ] Der zweite Dichtungsabschnitt kann insbesondere ohne ein weiteres Federmittel ausgestaltet sein, beispielsweise als eine Staublippe . Alternativ kann der zweite Dichtungsabschnitt durch ein weiteres Federmittel radial federnd gegen die Welle gedrückt gehalten sein, wobei das dritte Elektrodenelement durch das weitere Federmittel gebildet ist .
[ 0032 ] Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung dazu eingerichtet , das Vorhandensein von Fluid in der Kavität anhand einer Änderung der ( relativen) Permittivität zwischen dem ersten Elektrodenelement und dem dritten Elektrodenelement zu bestimmen .
[ 0033 ] Die Sensoreinrichtung kann zusätzlich einen Temperatursensor aufweisen, der an dem Dichtkörper, beispielsweise in der Nähe des oder der Dichtungsabschnitte , angeordnet sein . [ 0034 ] In einer alternativen Aus führungs form enthält die Sensoreinrichtung einen in der Kavität untergebrachten Sensorkondensator mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode , zwischen denen ein Dielektrikum vorgesehen ist . Die beiden Elektrodenelemente des Sensorkondensators sind vorzugsweise ineinander gewickelt , um die wirksame Oberfläche des Sensorkondensators zu vergrößern . Das Dielektrikum kann aus einem saugfähigen Material hergestellt sein, beispielsweise aus einem Vlies , welches ein durch den Dichtungsabschnitt leckendes und in die Kavität eintretendes Schmiermittel , wie Schmieröl z . B . durch Öldi f fusion, aufnehmen kann . Wenn von dem Dielektrikum das Schmiermittel aufgenommen ist , ändert sich die Kapazität des Sensorkondensators . Diese Änderungen können messtechnisch über die beiden Elektrodenelemente erfasst werden .
[ 0035 ] Ferner wird die Aufgabe durch das Verfahren zur Zustands- und/oder Leckagenüberwachung der Dichtungsanordnung nach der obigen Art nach Anspruch 15 gelöst . Das Verfahren umfasst zumindest einen der folgenden Schritte : Erfassen von radialen Positionsänderungen des Dichtungsabschnitts und/oder Erfassen eines Vorhandenseins von Fluid in der Kavität .
[ 0036 ] Sämtliche Merkmale und Vorteile , die in Bezug auf die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung beschrieben wurden, sind ebenso auf das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar .
[ 0037 ] Weitere Einzelheiten vorteilhafter Weiterbildung oder Details der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, der Beschreibung, sowie aus den Unteransprüchen . Es zeigen : [0038] Figur 1 einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung,
[0039] Figur 2 einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung,
[0040] Figur 3 einen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung,
[0041] Figur 4 einen Querschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung,
[0042] Figur 5 einen Querschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung,
[0043] Figur 6 einen Querschnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung,
[0044] Figur 7 einen Querschnitt eines siebten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung, sowie
[0045] Figur 8 einen Längsschnitt durch die Dichtungsanordnung .
[0046] In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 1 schematisch veranschaulicht. Die in Figur 1 abgebildete Dichtungsanordnung ist als ein Dichtring ausgestaltet, der in einen Spalt 23 zwischen einem abzudichtenden Gehäuse 2 und einer Welle 3, die aus dem Gehäuse austritt, angeordnet ist.
[0047] Die Dichtungsanordnung 1 weist einen Dichtkörper 4 auf, der sich ringförmig um die Welle 3 erstreckt. Die Welle 3 ist um eine Rotationsachse R drehbar gelagert. In Figur 1 ist eine Seite der Dichtungsanordnung 1, die ringförmig und konzentrisch zur Welle 3 verläuft , im Querschnitt abgebildet .
[ 0048 ] Der Dichtkörper 4 weist einen U- förmigen Querschnitt auf , der zum Inneren 24 des Gehäuses 2 hin geöf fnet und zur Umgebung 25 des Gehäuses 2 hin geschlossen ist . Der Dichtkörper 4 weist einen Halteabschnitt 5 , der an der Wandung 26 des Gehäuses 2 anliegt . Der Halteabschnitt 5 des Dichtkörpers 4 ist in Figur 1 durch den an dem Gehäuse 2 anliegenden Schenkel 28 des U- förmigen Dichtkörpers 4 gebildet .
[ 0049 ] Der Dichtkörper 4 weist außerdem einen Dichtungsabschnitt 6 auf . In Figur 1 ist der Dichtungsabschnitt 6 durch den an der Welle 3 angeordneten Schenkel 29 des U- förmigen Dichtkörpers 4 gebildet .
[ 0050 ] Der Halteabschnitt 5 und der Dichtungsabschnitt 6 sind in Figur 1 über einen Verbindungsabschnitt 27 verbunden . Der Halteabschnitt 5 , der Verbindungsabschnitt 27 und der Dichtungsabschnitt 6 können monolithisch ausgebildet sein . Der Dichtungsabschnitt 6 wird durch ein Federmittel 10 radial federnd gegen die Welle 3 gedrückt .
[ 0051 ] Das Federmittel 10 ist als ein Federtorus ausgebildet , der konzentrisch zur Rotationsachse R der Welle 3 verläuft . Das Federmittel 10 ist an der Innenseite des an der Welle 3 angeordneten Schenkels 29 des U- förmigen Dichtkörpers 4 angeordnet . An der der Welle 3 zugewandten Seite des Schenkels 29 weist der Dichtungsabschnitt 6 einen Dichtungssteg 30 auf , der an einer Kontakt fläche 31 an der Welle 3 anliegt . Der in Figur 1 gezeigte Dichtungssteg 30 verj üngt sich zur Welle 3 hin . [0052] In dem Halteabschnitt 5 ist in Figur 1 ein Tragelement 11 angeordnet. Das Tragelement 11 kann von dem Dichtkörper 4 umschlossen sein. Das Tragelement 11 ist ringförmig und mit einem winkelförmigen Querschnitt ausgestaltet. Durch das Tragelement 11 kann der an dem Gehäuse 2 angeordnete Schenkel 28 sowie zumindest ein Teil des Verbindungsabschnitts 27 des Dichtkörpers 4 mechanisch versteift werden.
[0053] In dem in Figur 1 gezeigten Beispiel bildet das Federmittel 10 ein erstes Elektrodenelement 12 und das Tragelement 11 bildet ein zweites Elektrodenelement 13, wobei die beiden Elektrodenelemente 12, 13 mit einer Auswerteeinrichtung 8 verbunden sind.
[0054] Die Auswerteeinrichtung 8 kann die Kapazität zwischen den beiden Elektrodenelementen 12, 13 erfassen. Die beiden Elektrodenelemente 12, 13 bilden einen Sensorkondensator .
[0055] Wenn es nun, beispielsweise durch Abnutzung des Dichtungsabschnitts 6, insbesondere des Dichtungsstegs 30, zu einer radialen Positionsänderung AP des Federmittels 10 kommt, ändert sich die Kapazität des durch die Elektrodenelemente 12, 13 gebildeten Sensorkondensators. Dies kann durch die Auswerteeinrichtung 8 messtechnisch erfasst werden .
[0056] In den Figuren 1, 2, 5, und 7 sind Feldlinien E des zwischen den Elektrodenelementen 12, 13, und 14 entstehenden elektrischen Felds schematisch eingezeichnet. [ 0057 ] In Figur 2 ist ein zweites Aus führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung veranschaulicht . Für das zweite Aus führungsbeispiel gilt die vorige Beschreibung unter Zugrundelegung der bereits eingeführten Bezugs zeichen entsprechend . Ergänzend gilt :
[ 0058 ] In dem zweiten Aus führungsbeispiel ist ein weiteres Stützelement 15 an einer der Umgebung 25 des Gehäuses 2 zugewandten Seite des Dichtkörpers 4 angeordnet . Das Stützelement 15 erstreckt sich ringförmig und konzentrisch um die Welle 3 und weist einen winkel förmigen Querschnitt auf . Zumindest ein Abschnitt 32 des Stützelements 15 ist in einem Axialabschnitt A mit dem Dichtkörper 4 angeordnet , wobei der Abschnitt 32 in Radialrichtung näher an der Welle 3 angeordnet ist als das Federmittel 10 . Das Stützelement 15 ist mit der Auswerteeinrichtung 8 verbunden, so dass das Stützelement 15 als ein drittes Elektrodenelement 14 verwendet werden kann .
[ 0059 ] Die Auswerteeinrichtung 8 ist dazu eingerichtet , zusätzlich zu der Kapazität zwischen dem ersten und zweiten Elektrodenelement 12 , 13 auch die Kapazität zwischen dem ersten und dritten Elektrodenelement 12 , 14 zu bestimmen . Alternativ kann die Auswerteeinrichtung 8 auch nur die Kapazität zwischen dem ersten und dem dritten Elektrodenelement 12 , 14 bestimmen .
[ 0060 ] In Figur 3 ist ein drittes Aus führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 1 abgebildet . Auch für das dritte Aus führungsbeispiel gilt die vorige Beschreibung unter Zugrundelegung der bereits eingeführten Bezugs zeichen entsprechend . Ergänzend gilt : [ 0061 ] In diesem Beispiel werden Positionsänderungen AP des Dichtungsabschnitts 6 induktiv erfasst . Hierfür weist die Sensoreinrichtung 7 eine Sensoreinheit 16 auf , die in dem Dichtkörper 4 untergebracht ist . Die Sensoreinheit 16 ist an einer Innenseite des Schenkels 28 des U- förmigen Dichtkörpers 4 angebracht . Die Sensoreinheit 16 ist in einem Axialbereich B mit dem Federmittel 10 angeordnet .
[ 0062 ] Die in Figur 3 gezeigte Sensoreinheit 16 ermöglicht ein induktives Messen von Positionsänderungen AP im Niederfrequenz- (NF- ) Bereich . Die Sensoreinheit 16 weist eine erste Spule 17 und eine zweite Spule 18 auf , die an gegenüberliegenden Seiten eines Magnetkerns 33 um diesen gewickelt sind . Die erste Spule 17 dient in diesem Beispiel als eine Primärspule , während die zweite Spule 18 als eine Sekundärspule dient . Die erste und die zweite Spule 17 , 18 sind j eweils mit der Auswerteeinrichtung 8 elektrisch verbunden .
[ 0063 ] Der Magnetkern 33 ist auf der dem Federmittel 10 zugewandten Seite nicht geschlossen, wodurch an dieser Seite ein Luftspalt ausgebildet ist . An der Primärspule 17 wird ein niederfrequentes harmonisches Signal ( Spannungssignal ) angelegt .
[ 0064 ] Aufgrund des an der Primärspule 17 angelegten Signals wird ein Signal in die Sekundärwicklung induziert , welches von der Auswerteeinrichtung 8 erfasst werden kann .
[ 0065 ] Wenn sich nun die Position des Federmittels 10 bezüglich der Sensoreinheit 16 ändert , ändert sich auch die Induktivität zwischen der Primärspule 17 und der Sekundärspule 18 . [ 0066 ] Positionsänderungen AP des Dichtungsabschnitts 6 und damit des Federmittels 10 können beispielsweise durch Wellenschläge und/oder bei Abnutzung des Dichtungsabschnitts 6 vorkommen .
[ 0067 ] In Figur 4 ist ein viertes Aus führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 1 veranschaulicht . Für das vierte Aus führungsbeispiel gilt die vorige Beschreibung unter Zugrundelegung der bereits eingeführten Bezugs zeichen entsprechend . Ergänzend gilt :
[ 0068 ] In diesem Beispiel ermöglicht die Sensoreinheit 16 ein induktives Messen von Positionsänderungen AP des Federmittels 10 im Hochfrequenz- (HF- ) Bereich . In diesem Beispiel dient die erste Spule 17 der Sensoreinheit 16 als eine Sendespule 17 und die zweite Spule 18 als eine Empfangsspule 18 . Die Sendespule 17 und die Empfangsspule 18 sind ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung 8 elektrisch verbunden .
[ 0069 ] Mit der Sendespule 17 kann ein hochfrequentes Signal ausgesendet werden, welches Wirbelströme in dem Federmittel 10 induziert . Die in dem Federmittel 10 induzierten Wirbelströme können mit der Empfangsspule 18 erfasst werden . Die Sendespule 17 und die Empfangsspule 18 sind magnetisch miteinander gekoppelt .
[ 0070 ] Bei einer Positionsänderung AP des Federmittels 10 verändert sich die magnetische Kopplung zwischen der Sendespule 17 und der Empfangsspule 18 . Diese Veränderung der magnetischen Kopplung kann durch die Auswerteeinrichtung 8 erfasst werden . [0071] In Figur 5 ist ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung abgebildet. Für das fünfte Ausführungsbeispiel gilt die vorige Beschreibung unter Zugrundelegung der bereits eingeführten Bezugszeichen entsprechend. Ergänzend gilt:
[0072] Im fünften Ausführungsbeispiel weist der Dichtkörper 4 einen weiteren Dichtungsabschnitt 19 auf. Der weitere Dichtungsabschnitt 19 ist an der der Welle 3 zugewandten Seite des Schenkels 29 angeordnet.
[0073] In oder an dem weiteren Dichtungsabschnitt 19 ist ein drittes Elektrodenelement 14 angeordnet, welches mit der Auswerteeinrichtung 8 verbunden werden kann.
[0074] Zwischen dem Dichtungsabschnitt 6 und dem weiteren Dichtungsabschnitt 19 ist in diesem Beispiel eine Kavität 9 leckagenstromabwärts von dem Dichtungsabschnitt 6 in dem Dichtkörper 4 ausgebildet.
[0075] Die Kavität 9 ist an zumindest einer Seite geöffnet. In dem in Figur 5 gezeigten Beispiel ist die Kavität 9 zur Welle 3 hin geöffnet. Wenn der Dichtungsabschnitt 6 beispielsweise aufgrund von Verschleiß undicht wird, entsteht eine Leckage L, die dafür sorgt, dass ein Fluid, wie beispielsweise Schmiermittel, den Dichtungsabschnitt 6 überwindet und sich in der Kavität 9 ansammelt.
[0076] Das Vorhandensein des Fluids in der Kavität 9 kann von der Auswerteeinrichtung 8 mit dem durch das erste und das dritte Elektrodenelement 12, 14 gebildeten Sensorkondensator erfasst werden. Durch den Eintritt des Fluids in die Kavität 9 ändert sich die relative Permittivität in diesem Bereich des Sensorkondensators, wodurch sich die Kapazität zwischen dem ersten Elektrodenelement 12 und dem dritten Elektrodenelement 14 verändert. Die Änderung der Kapazität kann von der Auswerteeinrichtung 8 erfasst werden .
[0077] In diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem ein Temperatursensor 20 an dem Dichtkörper 4 angebracht. Der Temperatursensor 20 kann zwischen den Schenkeln 28, 29 des U-förmigen Dichtkörpers 4 angeordnet sein. Außerdem kann der Temperatursensor 20 dazu dienen, zusätzliche Informationen bezüglich der Temperatur der Dichtungsanordnung 1 zu liefern. Der Temperatursensor 20 kann auch in jedem der vorherigen Ausführungsbeispiele und jedem nachfolgenden Ausführungsbeispiel vorgesehen sein.
[0078] Figur 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 1. Auch für das sechste Ausführungsbeispiel gilt die vorige Beschreibung unter Zugrundelegung der bereits eingeführten Bezugszeichen entsprechend. Ergänzend gilt:
[0079] In diesem Beispiel weist der Dichtkörper 4 eine Kavität 9 auf, die leckagenstromabwärts von dem ersten Dichtungsabschnitt 6 angeordnet ist.
[0080] Im Gegensatz zum fünften Ausführungsbeispiel ist jedoch kein Sensorkondensator aus den bestehenden Elementen der Dichtungsanordnung 1 gebildet, sondern ein separater Sensorkondensator 34 mit einer ersten Elektrode 35 und einer zweiten Elektrode 36 ausgebildet. Zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 35, 36 ist ein Dielektrikum 22 angeordnet .
[0081] Die erste Elektrode 35 und die zweite Elektrode 36 können ineinander gewickelt und von einem Dielektrikum 22 elektrisch voneinander getrennt angeordnet sein. Das Dielektrikum 22 ist vorzugsweise aus einem saugfähigen Material, wie beispielsweise einem Vlies, hergestellt.
[0082] Für den Fall, dass die Dichtungswirkung des Dichtungsabschnitts 6 versagt und eine Leckage L auftritt, tritt ein Fluid in die Kavität 9 ein, welches von dem Dielektrikum 22 aufgesaugt wird. Das Fluid verändert die relative Permittivität des Dielektrikums 22 zwischen den Elektroden 35, 36, wodurch sich die Kapazität zwischen der ersten Elektrode 35 und der zweiten Elektrode 36 ändert. Die Kapazitätsänderung kann von der Auswerteeinrichtung 8 erfasst werden.
[0083] In Figur 7 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung 1 veranschaulicht. Auch für das siebte Ausführungsbeispiel gilt die vorige Beschreibung unter Zugrundelegung der bereits eingeführten Bezugszeichen entsprechend. Ergänzend gilt:
[0084] In diesem Ausführungsbeispiel ist der Dichtkörper 4 im Querschnitt doppel-T-förmig ausgestaltet. Der dem Gehäuse 2 zugewandte T-förmige Bereich enthält den Halteabschnitt 5, während der der Welle 3 zugewandte T-förmige Bereich den Dichtungsabschnitt 6 und den weiteren Dichtungsabschnitt 19 enthält. Die Dichtungsabschnitte 6, 19 weisen jeweils einen Dichtungssteg auf, der sich zur Welle 3 hin verjüngt. An einer Spitze der Dichtungsstege stehen die Dichtungsabschnitte 6, 19 jeweils mechanisch in Kontakt mit der Welle 3. Der weitere Dichtungsabschnitt 19 wird durch ein weiteres Federmittel 21 federnd gegen die Welle 3 drückend gehalten. Zwischen dem Dichtungsabschnitt 6 und dem weiteren Dichtungsabschnitt 19 ist hier eine Kavität 9 ausgebildet .
[0085] In diesem Ausführungsbeispiel werden die Federmittel 10, 21 als Elektrodenelemente 12, 14 eines Sensorkondensators 34 verwendet. Die Elektrodenelemente 12, 14 sind mit der Auswerteeinrichtung 8 elektrisch verbunden. Wenn ein Fluid in die Kavität 9 eindringt, ändert sich die relative Permittivität in der Kavität 9. Diese Änderung kann von der Auswerteeinrichtung 8 erfasst werden.
[0086] In Figur 8 ist ein Längsschnitt der Dichtungsanordnung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel schematisch abgebildet .
[0087] In Figur 8 bildet das Federmittel 10 ein erstes Elektrodenelement 12, das mit der Auswerteeinrichtung 8 verbunden ist.
[0088] Des Weiteren ist in Figur 8 im Halteabschnitt 5 ein Tragelement 11 angeordnet. Das Tragelement 11 ist aus zwei Segmenten eines Kreises gebildet, die konzentrisch um die Welle 3 angeordnet und vorzugsweise äquidistant voneinander beabstandet sind.
[0089] Das Federmittel 10 dient als das erste Elektrodenelement 12. Die Segmente des Tragelements 11 dienen als mehrere zweite Elektrodenelemente 13. Dies ermöglicht es, Kapazitätsänderungen zwischen dem ersten Elektrodenelement 12 und den einzelnen zweiten Elektrodenelementen 13 zu erfassen, was insbesondere dann vorteilhaft sein kann, wenn ein Wellenschlag erfasst werden soll . Es auch möglich, dass das Tragelement 11 mehr als zwei Segmente aufweist , die j eweils als zweite Elektrodenelemente 13 für die Auswerteeinrichtung 8 dienen können .
[ 0090 ] Die erfindungsgemäße Dichtungsanordnung 1 dient zum Abdichten eines Gehäuses 2 an einer Stelle , an der eine Welle 3 oder ein Schaft aus dem Gehäuse 2 austritt , wobei das Gehäuse 2 insbesondere Teil einer explosionsgeschützten Anlage ist . Die zwischen der Welle 3 oder dem Schaft und dem Gehäuse 2 angeordnete Dichtungsanordnung 1 weist eine in diese integrierte Sensoreinrichtung 7 auf , die mit einer Auswerteeinrichtung 8 zur Zustands- und/oder Leckagenüberwachung der Dichtungsanordnung 1 verbindbar ist . Der Dichtkörper 4 der Dichtungsanordnung 1 weist einen Dichtungsabschnitt 6 auf , der federnd gegen die Welle 3 oder den Schaft drückend gehaltert ist . Alternativ oder zusätzlich weist der Dichtkörper 4 eine leckagenstromabwärts von dem Dichtungsabschnitt 6 angeordnete Kavität 9 auf . Die Sensoreinrichtung 7 ist dazu eingerichtet , Positionsänderungen AP des Dichtungsabschnitts 6 und/oder ein Vorhandensein von Fluid in der Kavität 9 zu erfassen .
Be zugs Zeichen :
1 Dichtung
2 Gehäuse
3 Welle
4 Dichtkörper
5 Halteabschnitt
6 Di chtungs ab schnitt
7 Sensor einrichtung
8 Auswerteeinrichtung
9 Kavität
10 Federmittel ( Federtorus )
11 Tragelement ( e )
12 erstes Elektrodenelement
13 zweites Elektrodenelement
14 drittes Elektrodenelement
15 Stützelement
16 Sensoreinheit
17 erste Spule ( Primärspule , Sendespule )
18 zweite Spule ( Sekundärspule , Empfangsspule )
19 zweiter Dichtungsabschnitt
20 Temperatur sensor
21 weiteres Federmittel ( Federtorus )
22 Dielektrikum
23 Spalt zwischen Gehäuse und Welle
24 Innere des Gehäuses
25 Umgebung des Gehäuses
26 Wandung des Gehäuses
27 Verbindungsabschnitt des Dichtkörpers
28 erster Schenkel des Dichtkörpers
29 zweiter Schenkel des Dichtkörpers
30 Di chtungs st eg
31 Kontakt fläche
32 Abschnitt des Stützelements
33 Magnetkern 34 Sensorkondensator
35 erste Elektrode des Sensorkondensators
36 zweite Elektrode des Sensorkondensators
A Axialabschnitt
B Axialbereich
L Leckage
AP Positionsänderungen
R Rotationsachse der Welle

Claims

Patentansprüche :
1. Dichtungsanordnung (1) , insbesondere zum Abdichten eines Gehäuses (2) an einer Stelle, an der eine Welle (3) aus dem Gehäuse (2) austritt, vorzugsweise in einer explosionsgeschützten Anlage, aufweisend:
- einen zwischen der Welle (3) und dem Gehäuse (2) angeordneten Dichtkörper (4) mit mindestens einem Halteabschnitt (5) und mindestens einem an dem Halteabschnitt (5) befestigten Dichtungsabschnitt (6) , der durch ein Federmittel (10) radial federnd gegen die Welle (3) drückend gehalten ist; sowie
- eine in die Dichtungsanordnung (1) integrierte Sensoreinrichtung (7) , die mit einer Auswerteeinrichtung (8) zur Zustands- und/oder Leckagenüberwachung der Dichtungsanordnung (1) verbindbar ist; wobei die Sensoreinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, radiale Positionsänderungen (AP) des Dichtungsabschnitts (6) zu erfassen.
2. Dichtungsanordnung (1) , insbesondere zum Abdichten eines Gehäuses (2) an einer Stelle, an der eine Welle (3) aus dem Gehäuse (2) austritt, vorzugsweise in einer explosionsgeschützten Anlage, aufweisend:
- einen zwischen der Welle (3) und dem Gehäuse (2) angeordneten Dichtkörper (4) mit mindestens einem Halteabschnitt (5) , mindestens einem an dem Halteabschnitt (5) befestigten Dichtungsabschnitt (6) , der durch einen Federmittel (10) radial federnd gegen die Welle (3) drückend gehalten ist, und mindestens einer im Dichtkörper (4) leckagenstromabwärts zum Dichtungsabschnitt (6) geformten Kavität (9) ; sowie
- eine in die Dichtungsanordnung (1) integrierte Sensoreinrichtung (7) , die mit einer Auswerteeinrichtung (8) zur Zustands- und/oder Leckagenüberwachung der Dichtungsanordnung (1) verbindbar ist; wobei die Sensoreinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, ein Vorhandensein von Fluid in der Kavität (9) zu erfassen. Dichtungsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halteabschnitt (5) mindestens ein Tragelement (11) aufweist, dessen radialer Abstand zur Welle (3) größer als der des Federmittels (10) zur Welle (3) ist. Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, die Position des Federmittels (10) und/oder das Vorhandensein von Fluid in der Kavität (9) zu bestimmen. Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (7) ein erstes Elektrodenelement (12) und ein zweites Elektrodenelement (13) aufweist, wobei durch das Federmittel (10) das erste Elektrodenelement (12) und durch das Tragelement (11) das zweite Elektrodenelement (13) gebildet ist. Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung (1) mindestens ein weiteres Stützelement (15) aufweist, das von dem ersten Elektrodenelement (11) und dem zweiten Elektrodenelement (13) beab- standet ist, wobei durch das mindestens eine weitere Stützelement (15) ein drittes Elektrodenelement (14) der Sensoreinrichtung (7) gebildet ist. Dichtungsanordnung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere Stützelement (15) zumindest teilweise in einem Axialabschnitt (A) mit der Dichtungsanordnung (1) angeordnet ist . Dichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Elektrodenelement (13) von mindestens einem von dem zweiten Elektrodenelement (13) beabstandeten, vierten Elektrodenelement der Sensoreinrichtung (7) zumindest teilweise umschlossen ist, wobei die relative Per- mittivität zwischen dem zweiten Elektrodenelement (13) und dem vierten Elektrodenelement von der Auswerteeinrichtung (8) bestimmbar ist. Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (7) eine am Halteabschnitt (5) angebrachte Sensoreinheit (16) aufweist, die dazu eingerichtet ist, Positionsänderungen (AP) des Federmittels (10) induktiv zu bestimmen. Dichtungsanordnung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (16) mindestens eine erste Spule (17) und mindestens eine mit der ersten Spule (17) magnetisch gekoppelte, zweite Spule (18) enthält, wobei der radiale Abstand der Sensoreinheit (16) zur Welle (3) größer als der des Federmittels (10) ist. Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (4) mindestens einen zweiten Dichtungsabschnitt (19) mit einem dritten Elektrodenelement (14) aufweist, wobei der zweite Dichtungsabschnitt (18) leckagenstromabwärts zum ersten Dichtungsabschnitt (6) angeordnet ist und zwischen dem ersten und dem zweiten Dichtungsabschnitt (6, 19) die Kavität (9) geformt ist . Dichtungsanordnung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Dichtungsabschnitt (19) durch ein weiteres Federmittel (21) radial federnd gegen die Welle (3) drückend gehalten ist, wobei das dritte Elektrodenelement (14) durch das weitere Federmittel (21) gebildet ist. Dichtungsanordnung (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (7) dazu eingerichtet ist, das Vorhandensein von Fluid in der Kavität (9) anhand der Permittivität zwischen dem ersten Elektrodenelement (12) und dem dritten Elektrodenelement (14) zu bestimmen. Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (7) einen in der Kavität (9) untergebrachten Sensorkondensator (34) mit einer ersten und einer zweiten Elektrode (35, 35) , zwischen denen ein Dielektrikum (22) vorgesehen ist, aufweist. Verfahren zur Zustands- und/oder Leckagenüberwachung einer Dichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zumindest einen der folgenden Schritte umfasst:
- Erfassen von radialen Positionsänderungen (AP) des Dichtungsabschnitt (6) ; und/oder
- Erfassen eines Vorhandenseins von Fluid in der Kavität ( 9 ) .
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