Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit einer Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines Betriebszustandes der Gleitringdichtung.

Gleitringdichtungen sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Im Betrieb treten bei einer Gleitringdichtung zwischen den Gleitringen Reibkräfte auf. Die Höhe der Reibkräfte hängt dabei davon ab, ob sich die Gleitflächen berühren oder ob zwischen den Gleitflächen ein Schmiermittelfilm vorhanden ist. Unter dem Begriff "Schmiermittelfilm" ist nicht nur ein Film aus einem flüssigen Medium, sondern bei gasgeschmierten Gleitringdichtungen auch ein Gasfilm zu verstehen. Bei einer nicht ausreichenden Ausbildung des Schmiermittelfilms zwischen den Gleitringen können Reibkräfte entstehen. Die Höhe der Reibkräfte hängt dabei im Wesentlichen davon ab, ob sich die Gleitflächen der Gleitringe berühren. In vielen Betriebsfällen tritt dabei eine sogenannte Mischreibung auf, d.h., der Schmiermittelfilm bedeckt die Gleitflächen nicht komplett bzw. ein Anteil an Festkörperreibung zwischen den Gleitringen steigt. Für eine Beurteilung eines tribologischen Zustandes an den Gleitflächen ist es daher notwendig, die vorhandenen Reibkräfte zu messen. Die Reibkräfte geben einen eindeutigen Aufschluss darüber, wie hoch ein Anteil an Festkörperreibung ist. Aus der DE 20 2007 001 223.3 U ist eine Überwachungseinrichtung für eine Gleitringdichtung bekannt, welche eine im Drehkraftschluss zwischen einem stationären Bauteil und dem rotierenden Gleitring vorgesehene Kraftmesseinrichtung aufweist. Die Kraftmesseinrichtung ist am stationären Gleitring dabei an einem druckentlasteten Bereich hinter einer Nebendichtung angeordnet. Diese bekannte Überwachungseinrichtung weist jedoch einen relativ aufwendigen und somit teuren Aufbau auf.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine Überwachungseinrichtung umfasst, welche eine Reibmomentbestimmung direkt am stationären Gleitring erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß kann somit eine direkte Reibmomentbestimmung am stationären Gleitring ausgeführt werden. Hierdurch kann eine sichere Beurteilung eines tribologischen Zustandes an den Gleitflächen ermöglicht werden und somit z.B. frühzeitig Maßnahmen gegen einen erhöhten Verschleiß an den Gleitflächen eingeleitet werden. Erfindungsgemäß ist hierbei eine Überwachungseinrichtung umfassend einen Balken mit einem Sensorelement, insbesondere einem Dehnungsmessstreifen, vorgesehen, wobei das Sensorelement eine Verbiegung des Balkens erfassen kann. Der Balken ist in einer Ausnehmung im stationären Gleitring angeordnet, wobei eine Position des Balkens relativ zur Ausnehmung mittels einer Verstelleinrichtung veränderbar und anschließend fixierbar ist. Der Balken ist dabei derart in der Ausnehmung angeordnet, dass er eine Wand der Ausnehmung im stationären Gleitring mit einer vorbestimmten Vorspannung kontaktiert. Durch die vorbestimmte Vorspannung wird sichergestellt, dass der Balken sicher in Kontakt mit dem stationären Gleitring steht, so dass bei Auftreten einer Reibung zwischen den Gleitringen der Gleitringdichtung sofort eine Verbiegung des Balkens erfolgt, welche dann mittels des Sensorelements erfasst werden kann. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung ist dabei sehr einfach und kostengünstig und ferner auch sehr kompakt. Weiterhin ist die Überwachungseinrichtung in einem Atmosphärenbereich der Gleitringdichtung angeordnet und muss somit keine aufwendigen technischen Maßnahmen gegen hohe Drücke aufweisen.

Vorzugsweise ist der Balken in einem Sensorgehäuse angeordnet, so dass die Überwachungseinrichtung als separates Modul vorgesehen werden kann. Besonders bevorzugt weist die Verstelleinrichtung dabei langlochartige Ausnehmungen im Sensorgehäuse für eine verstellbare Fixierung an einem Gehäusebautei! der Gleitringdichtung auf.

Weiter bevorzugt umfasst die Überwachungseinrichtung eine Anzeigeeinrichtung, welche ausgelegt ist, eine Positionierung des Balkens in der Ausnehmung des stationären Gleitrings mit der vorbestimmten Vorspannung anzuzeigen. Die Anzeigeeinrichtung ist vorzugsweise eine optische und/oder akustische Anzeige.

Besonders bevorzugt ist der Balken der Überwachungseinrichtung in Radialrichtung des stationären Gleitrings in der Ausnehmung angeordnet. Hierdurch wird insbesondere vermieden, dass die Verwendung der Überwachungseinrichtung zu einer größeren axialen Baulänge der Gleitringdichtung führt. Weiter bevorzugt ist auch das Sensorgehäuse an einer radialen Außenseite des stationären Gleitrings angeordnet.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Überwachungseinrichtung ferner einen Stift, welcher am Balken angeordnet ist und welcher in der Ausnehmung im stationären Gleitring angeordnet ist. Somit wird ein auf den stationären Gleitring übertragenes Reibmoment zuerst auf den Stift und dann auf den Balken übertragen. Der Stift ist vorzugsweise in einer Presspassung im Balken der Messeinrichtung angeordnet und besonders bevorzugt in einem Winkel von ca. 90° zum Balken angeordnet. Besonders bevorzugt ist der Stift im Wesentlichen dabei in einer Axialrichtung des stationären Gleitrings angeordnet.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Schnittansicht der Gleitringdichtung entlang der Linie

H-Il von Fig. 1 ,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Gleitringdichtung des ersten

Ausführungsbeispiels, und

Fig. 4 eine Schnittansicht einer Gleitringdichtung gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 eine Gleitringdichtung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtung 1 als rotierendes Bauteil eine Welle 2, an der eine rotierende Buchse 15 fixiert ist. Die Buchse 15 hält einen rotierenden Gleitring 3, damit dieser gemeinsam mit der Welle 2 rotiert. Ferner umfasst die Gleitringdichtung 1 einen stationären Gleitring 4, welcher an einem stationären Bauteil 20 angeordnet ist. Zwischen dem rotierenden Gleitring 3 und dem stationären Gleitring 4 ist bekannterweise ein Dichtspalt 5 vorgesehen, um einen Atmosphärenbereich 21 von einem Druckbereich 22 abzudichten. Auf den rotierenden Gleitring 3 kann eine axiale Vorspannkraft über einen axialen Vorspannring 18 aufgebracht werden. O-Ringe 17 und 19 dichten die Gleitringe gegenüber der Welle 2 und dem stationären Bauteil ab.

Die Gleitringdichtung 1 umfasst ferner eine Überwachungseinrichtung 6, welche im Detail aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. Die Überwachungseinrichtung 6 umfasst einen Balken 7, an dem ein Sensorelement in Form eines Dehnungsmessstreifens 8 angeordnet ist. Der Balken 7 ist als Biegebalken vorgesehen und der Dehnungsmessstreifen 8 kann eine Verbiegung des Balkens 7 erfassen. Der Dehnungsmessstreifen 8 ist über ein Kabel 12 mit einer Auswerteeinheit 11 verbunden (siehe Fig. 3). Die Überwachungseinrichtung 6 umfasst ferner ein Sensorgehäuse 9 sowie eine LED 10. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist das Sensorgehäuse 9 im Wesentlichen quaderförmig mit einem Schlitz 9a gebildet, wobei der Balken 7 durch den Schlitz 9a aus dem Sensorgehäuse 9 geführt ist. Der Balken 7 ist dabei mit einem Ende fest am Sensorgehäuse 9 befestigt. Weiterhin weist das Sensorgehäuse 9 vier Langlöcher 13 auf, welche an den Ecken des Sensorgehäuses 9 angeordnet sind und Bestandteil einer Verstelleinrichtung sind. Mittels Schraubbolzen, welche durch die Langlöcher 13 geführt sind, kann das Sensorgehäuse 9 dabei an dem stationären Bauteil 20 verstellbar fixiert werden. Eine Positionsänderung kann dabei mittels der Langlöcher 13 relativ zum stationären Bauteil 20 erfolgen. Die Überwachungseinrichtung 6 ist im Atmosphärenbereich ?1 angeordnet und somit keinen hohen Drücken ausgesetzt.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Balken 7 aus dem Sensorgehäuse 9 herausgeführt und ist in einer Ausnehmung 14 im stationären Gleitring 4 angeordnet. Ein freies Ende des Balkens 7 steht somit aus dem Sensorgehäuse 9 vor. Dabei ist die Anordnung des Balkens 7 in der Ausnehmung 14 derart, dass der Balken 7 eine Wand 14a der Ausnehmung 14 unter einer vorbestimmten Vorspannung berührt. Die Ausnehmung 14 im stationären Gleitring 4 ist dabei derart gebildet, dass eine Spielpassung zwischen dem eingeführten Balken 7 und der Ausnehmung 14 vorhanden ist. Der Balken 7 ist in der Ausnehmung 14 derart angeordnet, dass seine Längsachse in Radialrichtung des stationären Gleitrings 4 angeordnet ist.

Die Überwachungseinrichtung 6 umfasst ferner eine Anzeigeeinrichtung 10 in Form einer LED, welche beispielsweise durch zwei verschiedene Farben (rot-grün) eine korrekte Höhe einer Vorspannung des Balkens 7 durch den Kontakt mit der Wand 14a der Ausnehmung 14 anzeigt. Dies erleichtert insbesondere die Montage der Überwachungseinrichtung 6, da durch Ausrichten des Sensorgehäuses und damit des Balkens 7 gegenüber dem stationären Bauteil 20 die Vorspannung des Balkens 7 eingestellt werden kann. Wenn der Balken 7 mit der richtigen Vorspannung positioniert ist, wird dann die Überwachungseinrichtung beispielsweise mittels Schrauben in der richtigen Position mit dem stationären Bauteil 20 verschraubt.

Wenn nun aufgrund von Parameteränderungen während des Betriebs am Dichtspalt 5 eine Reibkraft auf den stationären Gleitring 4 übertragen wird, wird diese Reibkraft unmittelbar auf den Balken 7 übertragen, welcher als einseitig befestigter Biegebalken fungiert und eine Verbiegung des Balkens 7 ausführt. Diese Verbiegung kann mittels des Dehnungsmessstreifens 8 erfasst werden und von der Auswerteeinheit 11 ausgewertet werden. Es sei angemerkt, dass der Balken 7 an die Wand 14a der Ausnehmung 14 mit Vorspannung angelegt wird, welche in Drehrichtung des rotierenden Gleitrings 3 liegt. Hierdurch wird ein sofortiges Ansprechen der Überwachungseinrichtung bei Auftreten einer Reibkraft sichergestellt.

Somit kann erfindungsgemäß durch die direkte Reibmomentbestimmung am stationären Gleitring 4 sehr genau ein Belastungszustand der Gleitpaarung bestimmt werden. Insbesondere kann hierdurch ein eindeutiger Aufschluss darüber erhalten werden, wie hoch ein Anteil an Festkörperreibung und Fluidreibung der Gleitringdichtung 1 ist und dementsprechend frühzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Weiterhin erfährt der stationäre Gleitring 4 durch das Vorsehen der Ausnehmung 14, welche sehr kleine Abmessungen aufweist, nur eine geringe Schwächung, so dass sich die Verwendung der Überwachungseinrichtung 6 nicht negativ auf das Betriebsverhalten des stationären Gleitrings 4 auswirkt. Die Ausnehmung ist dabei am zur Gleitfläche entgegengesetztem Ende des stationären Gleitringes angeordnet. Da die Überwachungseinrichtung 6 ferner in radialer Richtung des stationären Gleitrings 4 angeordnet ist, wird vermieden, dass aufgrund der Verwendung der Überwachungseinrichtung 6 ein zusätzlicher axialer Bauraum an der Gleitringdichtung 1 vorgesehen werden muss. Somit kann die Gleitringdichtung 1 einschließlich der Überwachungseinrichtung 6 in Richtung einer axialen Achse X-X sehr kompakte Abmessungen aufweisen.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 eine Gleitringdichtung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben, wobei gleiche bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind.

Die Gleitringdichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels weist im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel eine geänderte Überwachungseinrichtung 6 auf. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, umfasst die Überwachungseinrichtung 6 zusätzlich noch einen Stift 23, welcher an einem freien Ende des Balkens 7 angeordnet ist. Der Stift 23 ist derart angeordnet, dass seine Längsachse parallel zur Längsachse X-X ausgerichtet ist. Dabei greift der Stift 23 in axialer Richtung in die Ausnehmung 14 am stationären Gleitring 4 ein. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist die Ausnehmung 14 ebenfalls in axialer Richtung ausgerichtet. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel befindet sich die Überwachungseinrichtung 6 ebenfalls im Atmosphärenbereich 21 , so dass es keine Probleme hinsichtlich einer Druckbelastung für die Überwachungseinrichtung 6 gibt.

Der Stift 23 ist dabei derart angeordnet, dass er an wenigstens einer Wandfläche der Ausnehmung 14 anliegt. Der Stift 23 ist dabei mittels einer Presspassung in einer Ausnehmung im Balken 7 befestigt. Andere Befestigungsmögüchkeiten des Stiftes 23 am Balken 7, z.B. Verschrauben und/oder Verkleben sind ebenfalls möglich. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Stift 23 und der Ausnehmung 14 im stationären Gleitring 4 eine Spielpassung vorgesehen. Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.