DE10027576A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Dichtungselements - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Überwachen von Dichtungselementen (10). Sie sind als passive Bauelemente ausgebildet und zum Vermeiden von Stoffaustausch zwischen zwei Bereichen (12, 13) eines Bauteils (11) vorgesehen, von denen einer ein gasförmiges, pulveriges oder flüssiges Medium (14) enthält. Viele solcher Dichtungselemente (10) sind so installiert, dass ihre Funktionsfähigkeit nur schwer oder überhaupt nicht geprüft werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung können diese Nachteile vermieden werden. Erfindungsgemäß wird die Funktionsfähigkeit des Dichtungselements (10) in Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit des Mediums (14), galvanisch oder kapazitiv erfasst. Hierfür sind ein Sensor (2) und eine Mess- und Auswerteeinrichtung (5) vorgesehen. Ist das Dichtungselement (10) defekt, wird eine Spannung oder ein Strom erzeugt oder eine Kapazität geändert. Die Mess- und Auswerteeinrichtung (5) erfasst die Spannung, den Strom oder die Änderung der Kapazität und übermittelt ein Signal an eine Anzeigevorrichtung (6).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines Dichtungselements gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1, 4 und 11.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung finden beispielsweise beim Ver­ schließen von Bauteilen mittels Dichtelementen eine Anwendung. Sie werden jedoch auch beim Abdichten von Durchführungen bewegter Bauelemente genutzt, wenn es darum geht, einen Stoffaustausch zwischen Bereichen von Bauelemente zu verhin­ dern, die miteinander in Verbindung stehen.

Dichtungen sind eines der am häufigsten benutzten Bauelemente in der mechani­ schen Technik. Daher gibt es hiervon eine sehr große Anzahl von Ausführungen. Ih­ nen gemeinsam ist, dass sie als passives konstruktives Bauelement ausgebildet sind, und zur Vermeidung von Stoffaustausch an bewegten Bauteilen wie Wellen oder ru­ henden Bauelementen in Form von Verschlusselementen oder Maschinenelementen montiert werden. Viele der zum Einsatz kommenden Dichtungselemente sind so in­ stalliert, dass ihr Funktionsfähigkeit nur schwer oder überhaupt nicht geprüft werden kann. Auf Grund fehlerhafter Installationen sowie Korrosion oder Alterung ist es nicht auszuschließen, dass die Dichtungselemente von Anfang an defekt sind oder mit der Zeit unbrauchbar werden. Mittel, mit denen eine Kontrolle der Dichtungen durchgeführt werden kann, sind kaum bekannt.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird in den Raum zwischen zwei Dichtun­ gen eine Kontrollflüssigkeit gepumpt. Diese Kontrollflüssigkeit wird in regelmäßigen Abständen auf Kontamination durch die Substanz der abzudichtenden Sektionen ge­ prüft. Eine direkte Prüfung der Funktionsfähigkeit des Dichtungselements erfolgt hier­ bei nicht.

Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem die Funktionsfähigkeit eines Dichtungselements direkt und zudem kontinuierlich überprüft werden kann. Ferner soll eine Vorrichtung geschaffen werden, mit welcher das Verfahren durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird, das Verfahren betreffend, durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Diese Aufgabe wird, die Vorrichtung betreffend, durch die Merkmale der Patentan­ sprüche 4 und 11 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Funktionsfähigkeit eines jedes Dich­ tungselements galvanisch oder kapazitiv überprüft werden. Das Verfahren läßt sich auch bei solchen Dichtungselementen anwenden, die an unzugänglichen Stellen in­ stalliert sind. Für die Prüfung wird ein Sensor verwendet. Dieser weist zwei Elektroden auf, von denen wenigstens eine teilweise oder vollständig in das Dichtungselement einbettet ist. Die Prüfung erfolgt galvanisch, wenn das Dichtungselement zwei Berei­ che eines Bauteils von einander trennt, von denen ein Bereich ein elektrisch leitendes gasförmiges, pulveriges oder flüssiges Medium enthält. Weist dieses Medium dielektri­ sche Eigenschaften auf, so wird ein kapazitiv arbeitender Sensor verwendet. Die Mess- und Auswerteeinrichtung ist so ausgebildet, dass sie bei defekter Dichtung ent­ weder eine Spannung, einen durch das Medium geschlossenen Stromkreis oder eine sich ändernde Kapazität erfasst, je nach dem wie der Sensor ausgebildet ist. In jedem Fall sendet die Mess- und Auswerteeinrichtung, wenn ein defektes Dichtungselement vorliegt, ein Signal an eine Anzeigevorrichtung.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Sensor, der mit einem Dichtungselement verbunden ist,

Fig. 2 eine Variante des in Fig. 1 dargestellten Sensors,

Fig. 3 den in Fig. 1 dargestellten Sensor in Verbindung mit einer Federringdichtung,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines Sensors.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 umfasst einen Sensor 2, der im wesentlichen durch zwei Elektroden 3 und 4 sowie ein Mess- und Auswerteeinrichtung 5 gebildet wird. Der Sensor 2 ist mit einem Dichtungselement 10 verbunden, das in ein Bauteil 11 eingebaut ist. Von dem Bauteil 11 ist hier nur ein Ausschnitt dargestellt. Es weist zwei Bereiche 12 und 13 auf, die durch das Dichtungselement 10 gegeneinander ab­ getrennt werden. Das Dichtungselement 10 ist bei dem hier dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel als O-Dichtungsring ausgebildet. In dem Bereich 12 des Bauteils 11 ist eine Flüssigkeit 14 beispielsweise Schwefelsäure angeordnet. Da die Flüssigkeit 14 korrosiv ist, ist es erforderlich die Funktionsfähigkeit des Dichtungselements 10 konti­ nuierlich zu überprüfen. Zu diesem Zweck sind die beiden Elektroden 3 und 4 des Sensors 2 in das Dichtungselement 10 integriert. Die beiden Elektroden 3 und 4 sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Ringsegmente ausgebildet, wobei eine Elektrode aus Zink und eine aus Kupfer gefertigt ist. Bei Kontakt der beiden Elektroden 3 und 4 mit einem leitfähigen Medium/Elektrolyt 14 entsteht ein elektro­ chemisches Potenzial. Dieses wird von der Mess- und Auswerteeinrichtung 5 erfasst und als Messsignal ausgewertet. Der Krümmungsradius der Elektroden 3 und 4 wird so gewählt, dass sie in die Außenfläche des Dichtungselements 10 eingebettet wer­ den können. Vorzugsweise erfolgt das Einbetten der beiden Elektroden 3 und 4 schon bei der Herstellung des Dichtungselements 10. Die beiden Elektroden 3 und 4 sind so installiert, das die Elektrode 3 dem Bereich 12 und die Elektrode 4 dem Bereich 13 zugewandt ist. Beide Elektroden 3 und 4 sind zu dem so angeordnet, dass sie aus dem Dichtungselement 10 herausragen und einen unmittelbaren Kontakt mit den Be­ reichen 12 bzw. 13 haben. Beide Elektroden 3 und 4 sind über eine Leitung 15 elek­ trisch miteinander verbunden. In die Leitung 15 ist die Mess- und Auswerteeinrichtung 5 eingebaut. Solange das Dichtungselement 10 voll funktionsfähig ist, und keine Flüs­ sigkeit 14 aus dem Bereich 12 in den Bereich 13 gelangt, wird von der Mess- und Auswerteeinrichtung 5 keine elektrische Spannung ermittelt. Sollte jedoch die Wirkung des Dichtungselements 10 gemindert werden, und deshalb auch nur eine kleine Men­ ge der Flüssigkeit 14 bis zu der Elektrode 4 gelangen, so bildet sich zwischen den beiden Elektroden 3 und 4 eine Spannung aus. Diese wird von der Mess- und Aus­ werteeinrichtung 5 erfasst. Sie erzeugt ein Messsignal, das über die Signalleitung 16 an eine Anzeigevorrichtung 6 in einer Warte (hier nicht dargestellt) weitergeleitet wird. Alternativ können die Elektroden 3 und 4 auch aus dem gleichen elektrisch leitfähigen Material gefertigt werden. In diesem Fall wird an die Elektroden eine Spannungsquelle (hier nicht dargestellt) angeschlossen, so dass bei Kontakt der beiden Elektroden 3 und 4 mit der leitfähigen Flüssigkeit 14 ein Stromkreis geschlossen wird. Für diese Ausführungsform der Erfindung ist die Mess- und Auswerteeinrichtung 5 so ausgebil­ det, das sie einen Strom detektiert kann.

Falls das Dichtungselement 10 in einem Bauteil 11 installiert ist, das nur schwer zu­ gänglich ist, so kann die Mess- und Auswerteeinrichtung 5 auch mit einem Sender (hier nicht dargestellt) ausgerüstet werden. Das von der Mess- und Auswerteeinrich­ tung 5 erzeugt Messsignal wird dann von dem Sender an die Anzeigevorrichtung 6 übermittelt.

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung 1 unterscheidet sich nur in der Anordnung der Elek­ troden 3 und 4 von der in Fig. 1 dargestellten und in der zugehörigen Beschreibung erläuterten Vorrichtung 1. Gleich Bauelemente sind deshalb mit den gleichen Bezugs­ zeichen versehen. Wie an Hand von Fig. 2 zu sehen ist, sind die beiden Elektroden 3 und 4 so in das Dichtungselement 10 eingebettet, dass sie wiederum nach außen überstehen. Sie sind jedoch so angeordnet, dass sie beide in den Bereich 13 hinein ragen. Von der Mess- und Auswerteeinrichtung 5 wird eine Spannung ermittelt, wenn die Funktionsfähigkeit des Dichtungselement 10 verloren geht, und die Flüssigkeit 14 bis zu den Elektroden 3 und 4 gelangt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel können die beiden Elektroden 3 und 4 aus dem gleichen elektrisch leitenden Werkstoff gefer­ tigt und an eine Spannungsquelle (hier nicht dargestellt) angeschlossen werden. Der Stromkreis wird auch hier nur dann geschlossen, wenn beide Elektroden 3 und 4 mit dem Medium 14 in Berührung kommen. Für diese Ausführungsform der Erfindung ist die Mess- und Auswerteeinrichtung 5 so ausgebildet, das sie einen Strom detektiert kann.

Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung 1, deren Sensor 2 mit einem Dichtungselement 10 ver­ bunden ist, das als Federringdichtung ausgebildet ist. Diese wird ebenso wie der O- Dichtungsring gemäß Fig. 1 dazu benutzt, die beiden Bereiche 12 und 13 des Bauteils 11 so gegeneinander abzugrenzen, dass keine Flüssigkeit 14 vom Bereich 12 in den Bereich 13 gelangen kann. Die Elektrode 3 ist so in die Außenfläche der Feder­ ringdichtung 10 eingebettet, dass sie nach außen über steht und mit dem Bereich 12 einen direkten Kontakt hat. Die zweite Elektrode 4 ist so in die Federringdichtung 10 eingebettet, dass sie bei voller Funktionsfähigkeit des Dichtungselements 10 keinen Kontakt mit der Flüssigkeit 14 hat. Ist die Federringdichtung 10 jedoch defekt, so be­ kommen beide Elektroden 3 und 4 Kontakt mit der Flüssigkeit 14. Damit bildet sich ei­ ne Spannung zwischen den beiden Elektroden 3 und 4 aus, wenn diese beispiels­ weise aus den Werkstoffen gefertigt sind, wie beiden in der Beschreibung zu Fig. 1 erläuterten Elektroden 3 und 4. Die Spannung wird auch hier von der Mess- und Aus­ werteeinrichtung 5 erfasst. Diese erzeugt dann eine Signal, das an die Anzeigevor­ richtung 6 geleitet wird.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zum Überwachen eines Dichtungselements 10, die dann genutzt wird, wenn das Medium 14 ein Dielektrikum ist. In diesem Fall werden die Elektroden 3 und 4 des Sensors 2 so installiert, dass sie einen Kondensator bilden. Das Dichtungselement 10 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als O-Dichtungsring ausgebildet. Die erste Elektrode 3 ist als metallischer Zylinder ausgebil­ det, welcher in der Ringachse des Dichtungselements 10 angeordnet und deshalb an den Krümmungsradius des Dichtungselements 10 angepasst ist. Die zweite Elektrode 4 ist mit dem Bauteil 11 verbunden, damit sie sich gegenüber der Elektrode 3 auf ei­ nem anderen Potenzial befindet. So lange das Dichtungselement 10 voll funktionsfä­ hig ist, hat die zweite Elektrode 4 keinen Kontakt mit dem Medium 14. Die Mess- und Auswerteeinrichtung 5 ermittelt eine konstante Kapazität zwischen den beiden Elek­ troden 3 und 4. Gelangt jedoch das Medium 14 an die Elektrode 4, weil das Dich­ tungselement 10 defekt ist, so nimmt die Kapazität zwischen den beiden Elektrode 3 und 4 zu. Diese Kapazitätsänderung wird mittels eines der bekannten Impedanz­ messverfahren von der Mess- und Auswerteeinrichtung 5 erfasst. Daraufhin wird ein Signal an die Anzeigevorrichtung 6 weitergeleitet.

Claims (11)

1. Verfahren zum Überwachen eines Dichtungselements (10), das zum Ver­ meiden von Stoffaustausch zwischen zwei Bereichen (12, 13) eines Bauteils (11) in­ stalliert ist, von denen ein erster Bereich (12) ein gasförmiges, pulveriges oder flüssi­ ges Medium (14) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsfähigkeit des Dichtungselements (10) in Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit des Medi­ ums (14) galvanisch oder kapazitiv erfasst und bei einem Defekt des Dichtungsele­ ments (10) ein Signal abgeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkti­ onsfähigkeit des Dichtungselements (10) beim Vorliegen eines Mediums (14) mit elektrischer Leitfähigkeit galvanisch überprüft und bei einem Defekt des Dichtungs­ elements (10) ein Signal abgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktions­ fähigkeit des Dichtungselements (10) beim Vorliegen eines dielektrischen Mediums (14) kapazitiv überprüft und bei einem Defekt des Dichtungselements (10) ein Signal abgegeben wird.

4. Vorrichtung zum Überwachen eines Dichtungselements (10), das zum Ver­ meiden von Stoffaustausch zwischen zwei Bereichen (12, 13) eines Bauteils (11) in­ stalliert ist, von denen ein erster Bereich (12) ein gasförmiges, pulveriges oder flüs­ siges Medium (14) enthält, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Pa­ tentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (2) mit zwei Elektroden (3, 4) vorgesehen ist, von denen wenigstens eine Elektrode (3) bereichs­ weise oder vollständig in dem Dichtungselement (10) angeordnet ist, und dass beide Elektroden (3, 4) elektrisch miteinander verbunden sind und mit einer Mess- und Aus­ werteeinrichtung (5) in Verbindung stehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden (3 und 4) aus zwei verschiedenen metallischen Werkstoff gefertigt sind, und dass mit der Mess- und Auswerteeinrichtung (5) eine Spannung an den Elektro­ den (3 und 4) abgreifbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Span­ nungsquelle mit den aus dem gleichen metallischen Werkstoff gefertigten Elektroden (3 und 4) verbunden und mit der Mess- und Auswerteeinrichtung (5) eine über die Elektroden (3 und 4) und das Medium (14) geschlossener Stromkreis erfassbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (3, 4) als quaderförmige Bauelemente, als Ringsegmente, ge­ schlossene Ringe oder als metallische Zylinder ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beide Elektroden (3, 4) in einem definierten Abstand voneinander in der Außen­ fläche des Dichtungselements (10) so eingebettet sind, dass bei einem defekten Dichtungselement (10) beide mit dem Medium (14) in Kontakt stehen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden (3, 4) so in die Außenfläche des Dichtungselements (10) integriert sind, dass die erste Elektrode (3) mit dem ersten Bereich (12) und die zweite Elektrode (4) mit dem zweiten Bereich (13) des Bauteils (11) einen direkten Kontakt hat.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden (3, 4) so in die Außenfläche des Dichtungselements (10) integriert sind, dass beide Elektroden (3, 4) mit dem zweiten, vom Medium (14) frei ge­ haltenen Bereich (13) einen direkten Kontakt haben.

11. Vorrichtung zum Überwachen eines Dichtungselements (10), das zum Vermeiden von Stoffaustausch zwischen zwei Bereichen (12, 13) eines Bauteils (11) installiert ist, von denen ein erster Bereich (12) ein gasförmiges, pulveriges oder flüs­ siges Medium (14) enthält, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Pa­ tentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ein als Kondensator ausgebildeter Sensor (2) mit zwei Elektroden (3, 4) vorgesehen ist, dass die erste Elektrode (3) hierfür in der Achse des Dichtungselements (10) angeordnet und die zweite Elektrode (4) so am Bauteil (11) montiert ist, dass sie mit dem zweiten, vom Medium (14) frei gehaltenen Bereich (13) in direktem Kontakt steht, und dass und dass beide Elektroden (3, 4) elektrisch miteinander verbunden sind und mit einer Mess- und Auswerteeinrichtung (5) in Verbindung stehen.