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Patent Searching and Data


Title:
MECHANICAL FACE SEAL ASSEMBLY HAVING DIRECT WEAR INDICATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/174959
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a mechanical face seal assembly, comprising: - a mechanical face seal (2), which has a rotating slide ring (21) having a first sliding surface (21a) and a stationary slide ring (22) having a second sliding surface (22a), wherein a sealing gap (20) is defined between the sliding surfaces (21a, 22a); - a through-hole (3), which runs through the stationary slide ring (22) to the second sliding surface (22a); - a sensor device (4) designed to directly sense wear of the second sliding surface (22a) of the stationary slide ring (22), the sensor device (4) being disposed at least partly in the through-hole (3), and the sensor device (4) being designed to sense a change in an electrical variable in the through-hole (3); and - a fluid-tight cover (5), which is disposed on a side of the sensor device (4) facing the sealing gap (20) and covers the through-hole (3) in a fluid-tight manner, the cover (5) being designed such that, in the event of predefined wear of the second sliding surface (22a) of the stationary slide ring, the cover is damaged such that a fluid in the sealing gap passes through the cover (5) to the sensor device (4) in order to cause a change in the electrical variable in the through-hole (3).

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Inventors:
OTSCHIK JOACHIM (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/086773
Publication Date:
August 25, 2022
Filing Date:
December 20, 2021
Export Citation:
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Assignee:
EAGLEBURGMANN GERMANY GMBH (DE)
International Classes:
F16J15/34
Foreign References:
DE3444175C11986-03-06
DE102014203569B32015-02-26
DE102013220429A12015-04-30
Attorney, Agent or Firm:
HOEFER & PARTNER PATENTANWÄLTE MBB (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Gleitringdichtungsanordnung, umfassend: eine Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (21) mit einer ersten Gleitfläche (21a) und einem stationären Gleitring (22) mit einer zweiten Gleitfläche (22a), wobei zwischen den Gleitflächen (21a, 22a) ein Dichtspalt (20) definiert ist, eine Durchgangsbohrung (3), welche durch den stationären Gleitring (22) zur zweiten Gleitfläche (22a) verläuft, eine Sensoreinrichtung (4), eingerichtet zur direkten Verschleißerfassung der zweiten Gleitfläche (22a) des stationären Gleitrings (22) , wobei die Sensoreinrichtung (4) zumindest teilweise in der Durchgangsbohrung (3) angeordnet ist, wobei die Sensoreinrichtung (4) eingerichtet ist, eine Änderung einer elektrischen Größe in der Durchgangsbohrung (3) zu erfassen, und eine fluiddichte Abdeckung (5), welche an einer zum Dichtspalt (20) gerichteten Seite der Sensoreinrichtung (4) angeordnet ist und die Durchgangsbohrung (3) in fluiddichter Weise abdeckt, wobei die Abdeckung (5) eingerichtet ist, bei einem vorbestimmten Verschleiß der zweiten Gleitfläche (22a) des stationären Gleitrings derart beschädigt zu werden, dass ein sich im Dichtspalt befindliches Fluid durch die Abdeckung (5) zur Sensoreinrichtung (4) gelangt, um eine Änderung der elektrischen Größe in der Durchgangsbohrung (3) zu bewirken.

2. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung (4) eine elektrische Stromquelle (40), ein erstes elektrisches Kontaktelement (41) und ein zweites elektrisches Kontaktelement (42) aufweist, wobei das erste elektrische Kontaktelement (41) und das zweite elektrische Kontaktelement (42), in der Durchgangsbohrung (3) angeordnet sind und an einem zum Dichtspalt (20) gerichteten Bereich der Sensoreinrichtung freiliegen und benachbart der Abdeckung (5) angeordnet sind.

3. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (4) ein zylindrisches Gehäuse aufweist, welches in der Durchgangsbohrung (3) angeordnet ist und mittels der Abdeckung (5) stirnseitig fluiddicht verschlossen ist.

4. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das erste elektrische Kontaktelement (41) ein durch die Durchgangsbohrung (3) verlaufendes erstes elektrisches Kabel ist.

5. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 4, wobei das zweite elektrische Kontaktelement (42) ein durch die Durchgangsbohrung (3) verlaufendes zweites elektrisches Kabel ist oder wobei das zweite elektrische Kontaktelement (42) das zylindrische Gehäuse der Sensoreinrichtung (4) ist.

6. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Sensoreinrichtung (4) an einer Innenseite der Abdeckung (5) einen Zwischenraum (6) aufweist, in welchem das erste elektrische Kontaktelement (41) und das zweite elektrische Kontaktelement (42) frei liegen.

7. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 6, wobei der Zwischenraum (6) mit Luft oder einem pulverförmigen Material (7) gefüllt ist, wobei das pulverförmige Material (7) bei Kontakt mit einem Fluid aus dem Dichtspalt seine elektrische Leitfähigkeit verändert und dadurch eine elektrische Größe der Sensoreinrichtung (4) verändert.

8. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (4) nur einen einzigen Verbindungsabschnitt (16) zur Befestigung in der Durchgangsbohrung (3) aufweist, welcher im Bereich eines zur zweiten Gleitfläche (22a) gerichteten Endes oder im Bereich eines zur Rückseite (22b) des stationären Gleitrings gerichteten Endes oder an der Rückseite 22 angeordnet ist.

9. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der stationäre Gleitring (22) an der zweiten Gleitfläche (22a) eine Beschichtung (8) aufweist, welche die Durchgangsbohrung (3) überdeckt, so dass die Beschichtung (8) die Abdeckung (5) an der Durchgangsbohrung (3) bildet.

10. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abdeckung (5) eine fluidundurchlässige Membran oder eine fluidundurchlässige Keramik umfasst.

11. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Abdeckung (5) und der zweiten Gleitfläche (22b) in der Durchgangsbohrung (3) ein Hohlraum vorhanden ist.

12. Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 11, wobei der Hohlraum durch einen Gleitmaterialblock (10) aufgefüllt ist, wobei der Gleitmaterialblock (10) aus dem gleichen Material wie der stationäre Gleitring (22) hergestellt ist.

13. Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der stationäre Gleitring (22) ein Kohlering ist oder wobei der stationäre Gleitring (22) aus einem Keramikmaterial ist und eine Beschichtung (8) aus Diamant oder DLC aufweist.

Description:
Gleitringdichtungsanordnung mit direkter Verschleißanzeige

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung mit einer Sensoreinrichtung zur direkten Erfassung eines Verschleißes einer Gleitfläche des stationären Gleitrings.

Gleitringdichtungsanordnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine Ausgestaltungsform von Gleitringdichtungsanordnungen weist wenigstens einen Gleitring aus einem Verschleißwerkstoff auf, insbesondere einen Kohlering oder auch einen SiC-Ring. Bei Kohleringen beträgt ein Verschleiß im Betrieb mehrere Millimeter, wohingegen bei SiC- Werkstoffen ein Verschleiß des Gleitrings sich im Bereich von wenigen pm, z.B. 10 pm, befindet. Zur Verschleißmessung sind im Stand der T echnik verschiedene Vorschläge gemacht worden. Beispielsweise ist aus der DE 10 2013 220 429 A1 eine optische Überwachungseinrichtung zur Überwachung des Dichtspalts bekannt, aus welchem auf einen Verschleiß der Gleitringe geschlossen werden kann. Wenn allerdings ein gleichmäßiger Verschleiß an den Gleitflächen der Gleitringe auftritt, bleibt der Dichtspalt im Wesentlichen konstant, so dass mit dieser optischen Überwachungseinrichtung eine Verschleißgrenze, beispielsweise bei einem Kohlering, nicht sicher erfasst werden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine Messung einer direkten physikalischen Verschleißgröße am Gleitring ermöglicht.

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

Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass direkt ein Verschleiß an der Gleitfläche des stationären Gleitrings erfasst werden kann und somit insbesondere eine Verschleißgrenze des Gleitrings sicher detektiert werden kann. Hierbei wird durch die Messung der direkten physikalischen Größe am Gleitring kein Interpretationsspielraum gegeben, wie dies beispielsweise bei der Messung über indirekte Größen gegeben ist. Erfindungsgemäß ist hierbei eine Sensoreinrichtung vorgesehen, welche auf sichere Weise einen Verschleiß des Gleitrings detektieren kann, ohne dass es hierbei zu Fehlsignalen kommt. Im stationären Gleitring ist dabei eine Durchgangsbohrung ausgebildet, welche durch den stationären Gleitring, insbesondere von einer Rückseite zur Gleitfläche verläuft. Die Sensoreinrichtung zur direkten Erfassung des Verschleißes ist dabei zumindest teilweise in der Durchgangsbohrung angeordnet. Die Sensoreinrichtung ist dabei eingerichtet, eine Änderung eines elektrischen Signals zu erfassen, wobei die Änderung des elektrischen Signals von einem Erreichen einer definierten Verschleißgrenze des stationären Gleitrings abhängt. Die Durchgangsbohrung ist hierbei durch eine fluiddichte Abdeckung an der zum Dichtspalt gerichteten Seite verschlossen. Somit ist auch die in der Durchgangsbohrung angeordnete Sensoreinrichtung durch die fluiddichte Abdeckung nicht in Kontakt mit dem sich im Dichtspalt befindlichen Fluid. Bei Erreichen einer vorbestimmten Verschleißgrenze der Gleitfläche des stationären Gleitrings wird die Abdeckung beschädigt, so dass ein im Dichtspalt befindliches Fluid zur Sensoreinrichtung gelangt, wodurch sich ein elektrisches Signal ändert, was mittels der Sensoreinrichtung erfassbar ist. Hierdurch kann sicher das Erreichen einer vordefinierten Verschleißgrenze am stationären Gleitring detektiert werden.

Wenn beispielsweise ein elektrisch leitendes Fluid, z.B. Wasser, im Dichtspalt als Sperrfluid vorhanden ist, kann durch das in die Durchgangsbohrung über die beschädigte Abdeckung einströmende elektrisch leitende Fluid ein elektrischer Stromkreis geschlossen werden. Alternativ kann sich eine Stromstärke und/oder Spannung des elektrischen Stromkreises ändern, wenn beispielsweise durch das eindringende elektrisch leitfähige Fluid in die Durchgangsbohrung die elektrische Leitfähigkeit im Bereich der Sensoreinrichtung verbessert wird.

Der stationäre Gleitring ist vorzugsweise ein Kohlering, bei welchem im Betrieb ein Verschleiß von mehreren Millimetern, insbesondere zwischen 0,5 bis 4 mm, auftreten kann, bis eine definierte Verschleißgrenze erreicht ist. Alternativ ist der stationäre Gleitring ein Keramikring, insbesondere aus SiC, wobei bei Keramikringen eine Verschleißgrenze üblicherweise im Bereich von einige pm, beispielsweise 10 pm, vorhanden ist.

Vorzugsweise umfasst die Sensoreinrichtung eine elektrische Stromquelle, ein erstes elektrisches Kontaktelement und ein zweites elektrisches Kontaktelement. Das erste und zweite elektrische Kontaktelement ist dabei derart in der Durchgangsbohrung angeordnet, dass das erste und zweite elektrische Kontaktelement benachbart zur Abdeckung in der Durchgangsbohrung freiliegen. Dabei sind das erste und zweite elektrische Kontaktelement elektrisch nicht miteinander verbunden. Vorzugsweise weist die Sensoreinrichtung ein insbesondere zylindrisches Gehäuse auf, welches mittels der Abdeckung stirnseitig fluiddicht verschlossen ist. Dadurch kann die Sensoreinrichtung sehr einfach und kostengünstig aufgebaut sein.

Vorzugsweise ist das erste elektrische Kontaktelement ein in der Sensoreinrichtung verlaufendes erstes elektrisches Kabel. Weiter bevorzugt ist das zweite elektrische Kontaktelement ein in der Sensoreinrichtung verlaufendes zweites elektrisches Kabel, welches parallel zum ersten elektrischen Kabel verläuft. Alternativ ist das zweite elektrische Kontaktelement das zylindrische Gehäuse der Sensoreinrichtung oder ein Gehäusebereich der Sensoreinrichtung.

An der Stirnseite der Sensoreinrichtung ist in der Durchgangsbohrung vorzugsweise ein Zwischenraum vorgesehen, an welchem das erste und zweite elektrische Kontaktelement freiliegen. Der Zwischenraum kann mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt sein oder alternativ auch mit einem Pulver. Das Pulver weist dabei derartige Eigenschaften auf, dass nach Beschädigung der Abdeckung und Eindringen des Fluids aus dem Dichtspalt in den mit Pulver gefüllten Zwischenraum sich eine elektrische Leitfähigkeit des Pulvers ändert. Als Pulver kann beispielsweise Magnesiumoxid verwendet werden. Somit kann durch Eindringen des Fluids aus dem Dichtspalt in den Zwischenraum sich eine elektrische Leitfähigkeit ändern, insbesondere größer werden, oder alternativ überhaupt erst eine elektrische Leitfähigkeit zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Kontaktelement hergestellt werden.

Besonders bevorzugt ist die Sensoreinrichtung nur an einem einzigen Verbindungsabschnitt zur Befestigung in der Durchgangsbohrung verbunden. Der einzige Verbindungsabschnitt liegt vorzugsweise an einem ersten Ende der Durchgangsbohrung nahe dem Dichtspalt der Sensoreinrichtung oder alternativ an einem zweiten Ende nahe der Rückseite des stationären Gleitrings oder an einer Rückseite des stationären Gleitrings. Der Verbindungsabschnitt ist beispielsweise ein Klebebereich, an welchem die Sensoreinrichtung in der Durchgangsbohrung des stationären Gleitrings fixiert ist. Durch diese einseitige Fixierung der Sensoreinrichtung in der Durchgangsbohrung wird sichergestellt, dass thermische Längenänderungen, welche im Betrieb der Gleitringdichtung aufgrund sich ändernder Temperaturen auch an der Sensoreinrichtung auftreten können, durch die Sensoreinrichtung selbst ausgeglichen werden können, da ein Ende der Sensoreinrichtung frei ist, um die Längenänderungen auszugleichen.

Vorzugsweise weist der stationäre Gleitring an seiner Gleitfläche eine Beschichtung auf, welche auch die Durchgangsbohrung überdeckt. Dadurch bildet die Beschichtung die Abdeckung der Sensoreinrichtung. Sobald die Beschichtung entsprechenden Verschleiß aufweist, wird diese fluiddurchlässig, so dass das sich im Dichtspalt befindliche Fluid in die Durchgangsbohrung und zur Sensoreinrichtung eindringen kann und dort die elektrische Leitfähigkeit an der Sensoreinrichtung ändern kann.

Die Beschichtung hat weiterhin den Vorteil, dass die Gleiteigenschaften des stationären Gleitrings an der Gleitfläche nicht nachteilig durch die Durchgangsbohrung beeinträchtigt werden.

Die Abdeckung ist alternativ bevorzugt eine fluidundurchlässige Membran oder eine fluidundurchlässige, insbesondere poröse, Keramik oder eine Metallmembran. Die Abdeckung ist dann nahe dem zur Gleitfläche gerichteten Ende derart in der Durchgangsbohrung angeordnet, dass entsprechend einer gewünschten Verschleißgrenze die Abdeckung im Inneren der Durchgangsbohrung mit entsprechendem Abstand zur Gleitfläche des stationären Gleitrings angeordnet ist, so dass sich ein entsprechender Hohlraum ergibt. Die Abdeckung selbst kann auch beschichtet sein. Die Beschichtung stellt dann eine spaltfreie Gleitfläche bereit.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Sensoreinrichtung in der Durchgangsbohrung derart angeordnet, dass ein Hohlraum in der Durchgangsbohrung bis zur Gleitfläche des stationären Gleitrings vorhanden ist, wobei der Hohlraum dann mit einem Pfropfen oder dgl. aus dem vorzugsweise gleichen Material wie der Gleitring, beispielsweise aus Kohle, aufgefüllt ist. Dies hat den Vorteil, dass an der Gleitfläche kein Loch aufgrund der Mündung der Durchgangsbohrung vorhanden ist, so dass die Gleiteigenschaften des stationären Gleitrings nicht nachteilig beeinflusst werden.

Ein Durchmesser der Durchgangsbohrung im stationären Gleitring beträgt bevorzugt wenige Millimeter. Dadurch ist selbst bei einer offenen Mündung der Durchgangsbohrung an der Gleitfläche eine Beeinträchtigung der Gleiteigenschaften des stationären Gleitrings im Betrieb praktisch nicht vorhanden. Wenn beispielsweise die Abdeckung als Membran ausgestaltet ist, welche in der Durchgangsbohrung mit einem vorbestimmten Abstand zur Gleitfläche des stationären Gleitrings angeordnet ist, wird sich im Betrieb der dadurch entstehende endseitige Hohlraum an der Durchgangsbohrung mit dem Fluid aus dem Dichtspalt füllen, so dass im Betrieb praktisch keine Beeinträchtigung durch die sehr kleine Durchgangsbohrung an der Gleitfläche hinsichtlich der Gleiteigenschaften auftreten.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind dabei jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht des stationären Gleitrings der

Gleitringdichtungsanordnung von Fig. 1 ,

Fig. 3 eine schematische vergrößerte Teilschnittansicht des stationären Gleitrings von

Fig. 2 im Bereich der Gleitfläche,

Fig. 4 eine schematische Teilschnittansicht eines stationären Gleitrings im Bereich der

Gleitfläche gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 eine schematische Teilschnittansicht eines stationären Gleitrings im Bereich der

Gleitfläche gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 eine schematische Teilschnittansicht eines stationären Gleitrings im Bereich der

Gleitfläche gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, und

Fig. 7 eine schematische Teilschnittansicht eines stationären Gleitrings im Bereich der

Gleitfläche gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 eine Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine Gleitringdichtung 2 mit einem rotierenden Gleitring 21 und einem stationären Gleitring 22. Der rotierende Gleitring 21 weist eine erste Gleitfläche 21a auf und der stationäre Gleitring 22 weist eine zweite Gleitfläche 22a auf, wobei zwischen den beiden Gleitflächen 21a, 22a ein Dichtspalt 20 definiert ist. Das Bezugszeichen 22b definiert eine Rückseite des stationären Gleitrings 22, welche entgegengesetzt zur Gleitfläche 22a liegt.

Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich ist, dichtet die Gleitringdichtungsanordnung 1 an einer Welle 13 eine Produktseite 11 von einer Atmosphärenseite 12 ab. Der rotierende Gleitring 21 ist mittels eines Gleitringträgers 14 drehfest mit der Welle 13 verbunden. Der stationäre Gleitring 22 ist an einem Gehäuse 15 angeordnet. Im stationären Gleitring 22 ist ferner eine Durchgangsbohrung 3 ausgebildet, welche von der Rückseite 22b bis zur zweiten Gleitfläche 22a des stationären Gleitrings reicht. Die Durchgangsbohrung 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel parallel zu einer Mittelachse X-X der Gleitringdichtungsanordnung vorgesehen.

Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner eine Sensoreinrichtung 4, welche eingerichtet ist, direkt einen Verschleiß des stationären Gleitrings 22 zu erfassen. Die Sensoreinrichtung 4 ist zumindest teilweise in der Durchgangsbohrung 3 angeordnet, wobei die Sensoreinrichtung 4 eingerichtet ist, eine Änderung einer elektrischen Größe, beispielsweise einer Stromstärke oder einer Spannungsgröße, zu erfassen. Die Sensoreinrichtung 4 umfasst eine Stromquelle 40, ein erstes elektrisches Kontaktelement 41 in Form einer elektrischen Leitung und ein zweites elektrisches Kontaktelement 42, welches in diesem Ausführungsbeispiel ein zylindrisches Gehäuse der Sensoreinrichtung ist. Das erste und zweite elektrische Kontaktelement 41, 42 bilden dabei den Sensor der Sensoreinrichtung. Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, ist ein elektrisch nicht leitendes Material als Isolation 43 zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Kontaktelement 41, 42 angeordnet.

Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist die Durchgangsbohrung 3 an einer zum Dichtspalt 20 gerichteten Seite mittels einer fluiddichten Abdeckung 5 verschlossen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die fluiddichte Abdeckung 5 eine Beschichtung 8, welche auf der Gleitfläche des stationären Gleitrings 22 aufgebracht ist. Die Beschichtung 8 kann beispielsweise eine Diamantbeschichtung oder eine DLC-Beschichtung sein, wenn der stationäre Gleitring 22 ein Keramikring, insbesondere aus SiC, ist. Am stirnseitigen Ende der Sensoreinrichtung 4 liegen dabei das erste elektrische Kontaktelement 41 und das zweite elektrische Kontaktelement 42 frei. Dabei ist am stirnseitigen Ende der Sensoreinrichtung 4 in der Durchgangsbohrung 3 ein Zwischenraum 6 ausgebildet, welcher in diesem Ausführungsbeispiel mit Luft gefüllt ist.

Die Sensoreinrichtung 4 ist dabei in die Durchgangsbohrung 3 eingeklebt, wobei eine Klebeverbindung 16 zwischen der Sensoreinrichtung 4 und dem stationären Gleitring 22 nahe der Rückseite 22b des stationären Gleitrings ausgebildet ist (vgl. Fig. 2). Die Klebeverbindung 16 kann dabei vollständig umlaufend um das zylindrische Gehäuse der Sensoreinrichtung 4 vorgesehen sein oderauch durch einen oder mehrere Klebepunkte ausgebildet sein, ist jedoch in Axialrichtung nur kurz ausgebildet. Dadurch ist die Sensoreinrichtung 4 nur einseitig in der Durchgangsbohrung 3 fixiert, so dass die Sensoreinrichtung 4 thermische Längenänderungen, welche im Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung 1 auftreten können, ausgleichen kann. Dadurch kommt es nicht zu Verspannungen im stationären Gleitring 22, welche auftreten könnten, wenn die Sensoreinrichtung 4 vollständig entlang der axialen Länge eingeklebt wäre.

Hierbei sei angemerkt, dass die Sensoreinrichtung 4 beispielsweise alternativ auch am zylindrischen Gehäuse einen radial nach außen gerichteten Flansch aufweisen kann, welcher dann an der Rückseite 22b des stationären Gleitrings fixiert ist. Wichtig ist hierbei nur, dass der Teil der Sensoreinrichtung, welcher sich in der Durchgangsbohrung 3 befindet, thermische Längenänderungen aufnehmen kann und entsprechend Raum für eine thermische Längung oder Verkürzung vorhanden ist.

Wenn nun, wie insbesondere aus Fig. 3 deutlich wird, die als Abdeckung 5 dienende Beschichtung 8 im Bereich der Durchgangsbohrung 3 verschlissen wird, tritt eine Undichtigkeit 80 im Bereich der Abdeckung 5 auf, so dass ein sich im Dichtspalt 20 befindliches Fluid in den Zwischenraum 6 gelangen kann. Dies ist in Fig. 3 durch den Pfeil A angedeutet. Durch Verschleiß können an der Beschichtung 8 Risse entstehen oder Partikel aus der Beschichtung herausgerissen werden, so dass die Abdeckung 5 fluiddurchlässig wird.

Wenn das Fluid aus dem Dichtspalt 20 dann in den Zwischenraum 6 eintritt, ändert sich eine elektrische Leitfähigkeit zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Kontaktelement 41 , 42. Durch das eintretende Fluid wird eine elektrische Verbindung vom ersten elektrischen Kontaktelement 41 zum zweiten elektrischen Kontaktelement 42 hergestellt. Dadurch ändert sich eine elektrische Größe der Sensoreinrichtung 4, welche direkt erfasst werden kann. Somit kann sicher auf einen Verschleiß der Gleitfläche des stationären Gleitrings geschlossen werden und entsprechende Maßnahmen, beispielsweise ein Austausch der Gleitringe, vorgenommen werden.

Die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung 4 ist dabei sehr einfach und kostengünstig aufgebaut. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Abdeckung 5 nur durch die Beschichtung 8, welche auf der gesamten Gleitfläche des stationären Gleitrings 22 ausgebildet ist, bereitgestellt wird, ergeben sich im Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung keine nachteiligen Folgen durch die im stationären Gleitring 2 angeordnete Sensoreinrichtung 4. Die Durchgangsbohrung 3 im stationären Gleitring 2 weist dabei nur einen sehr kleinen Durchmesser von wenigen Millimetern auf, beispielsweise < 5 mm, was keine nachteiligen Auswirkungen auf den stationären Gleitring 22 bzw. die Gleitringdichtung 2 hat.

Somit kann erfindungsgemäß direkt eine Verschleißhöhe am stationären Gleitring 22 gemessen werden. Insbesondere kann die Sensoreinrichtung 4 dabei auch bei einem stationären Gleitring aus einem keramischen Material ohne Nachteile verwendet werden. Da die Abdeckung 5 im tribologischen Kontakt mit der Gleitfläche des stationären Gleitrings verschleißt, wird der Verschleiß sicher detektiert. Weiterhin kann durch Einstellung einer Dicke der Beschichtung 8 eine Verschleißhöhe des Tribosystems je nach Anwendungsfall variiert werden.

Fig. 4 zeigt einen stationären Gleitring 22 mit einer Sensoreinrichtung 4 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel zusätzlich noch eine Membran 9 zur Abdeckung gegenüber dem Dichtspalt an der Sensoreinrichtung 4 angeordnet ist. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist die Membran 9 an dem stirnseitigen Ende des hohlzylindrischen zweiten elektrischen Kontaktelements 42 befestigt. Die Membran 9 kann aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt sein und weist nur eine sehr geringe Dicke auf. Die Membran 9 ist beispielsweise eine Metallmembran oder eine poröse, aber fluidundurchlässige keramische Membran oder eine Kunststoffmembran. Wenn die Beschichtung 8, welche, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist auch über der Membran 9 angeordnet ist, durch den Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung verschlissen ist, beginnt bei weiterem Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung ein Verschleiß an der Membran 9, bis diese Risse oder andere Beschädigungen aufweist. Dann tritt wiederum das Fluid aus dem Dichtspalt 20 in den Zwischenraum 6 an der Stirnseite der Sensoreinrichtung 4 ein.

In diesem Ausführungsbeispiel ist im Zwischenraum 6 ein pulverförmiges Material 7, beispielsweise Magnesiumoxid, angeordnet. Im trockenen Zustand hat Magnesiumoxid keine elektrische Leitfähigkeit. Wenn im Betrieb nun die Membran 9 zerstört wird, dringt Fluid aus dem Dichtspalt, beispielsweise Wasser oder eine andere Flüssigkeit in das pulverförmige Material 7 ein, wodurch eine elektrische Leitfähigkeit des pulverförmigen Materials hergestellt wird. Dadurch ist ein elektrischer Kontakt zwischen dem ersten elektrischen Kontaktelement 41 und dem zylinderförmigen zweiten elektrischen Kontaktelement 42 hergestellt, welcher sicher detektiert werden kann.

Fig. 5 zeigt einen stationären Gleitring 22 mit einer Sensoreinrichtung 4 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel, da die Sensoreinrichtung 4 an ihrem zum Dichtspalt gerichteten Ende ebenfalls eine Membran 9 aufweist. Allerdings weist der stationäre Gleitring 22 des dritten Ausführungsbeispiels keine Beschichtung auf. Die Abdeckung 5 wird beim dritten Ausführungsbeispiel somit ausschließlich durch die Membran 9 bereitgestellt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist die Sensoreinrichtung 4 dabei derart in der Durchgangsbohrung 3 angeordnet, dass die Membran 9 einen vorbestimmten Abstand 17 zur zweiten Gleitfläche 22a aufweist. Der Abstand 17 ist dabei die Verschleißhöhe des stationären Gleitrings 22, welcher in diesem Ausführungsbeispiel ein Kohlering ist. Durch entsprechende Positionierung der Membran 9 in der Durchgangsbohrung 3 kann somit die Verschleißhöhe je nach Anwendungsfall eingestellt werden.

Fig. 6 zeigt einen stationären Gleitring 22 mit einer Sensoreinrichtung 4 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel von Fig. 5, wobei im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel ein Gleitmaterialblock 10 als Pfropfen über der Membran 9 angeordnet ist. Beim dritten Ausführungsbeispiel befand sich ein Hohlraum zwischen der Membran 9 und der zweiten Gleitfläche 22a. Dieser Hohlraum ist nun durch den Gleitmaterialblock 10, welcher ein kleiner Zylinderblock ist, ausgefüllt. Eine Verschleißhöhe kann entsprechend wie im dritten Ausführungsbeispiel durch Positionierung der Membran 9 in der Durchgangsbohrung 3 eingestellt werden. Entsprechend dem Abstand 17 der Membran 9 von der zweiten Gleitfläche 22a wird auch die Dicke des Gleitmaterialblocks 10 gewählt. Dadurch ist an der zweiten Gleitfläche 22a kein Sackloch durch die Durchgangsbohrung 3 vorhanden, so dass keinerlei Einschränkungen der Gleiteigenschaften des stationären Gleitrings 22 vorhanden sind.

Das in Fig. 7 gezeigte fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die Sensoreinrichtung 4 beim fünften Ausführungsbeispiel unterschiedlich ausgebildet ist. Beim fünften Ausführungsbeispiel weist die Sensoreinrichtung 4 zwei elektrische Kabel als erstes und zweites elektrisches Kontaktelement 41, 42 auf. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, liegen die beiden elektrischen Kabel im Zwischenraum 6 frei. Der Zwischenraum 6 ist wiederum mit Luft gefüllt und durch die Membran 9 und die Beschichtung 8 zur Gleitfläche hin abgedichtet. Die Sensoreinrichtung 4 umfasst ferner ein zylindrisches Gehäuse 44 aus einem elektrisch nichtleitenden Material. Das Sensorprinzip beim fünften Ausführungsbeispiel ist dabei gleich wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, in denen nach einem Verschleiß der Beschichtung 8 und einer Zerstörung oder Beschädigung der Membran 9 eine elektrische Größe der Sensoreinrichtung 4 verändert wird, indem Fluid aus dem Dichtspalt 20 in den Zwischenraum 6 eindringt. Es sei angemerkt, dass die in Fig. 7 im fünften Ausführungsbeispiel gezeigte Ausgestaltung der Sensoreinrichtung 4 mit zwei Kabeln als erste und zweite Kontaktelemente 41, 42 auch bei allen anderen vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann.

Bezugszeichenliste

1 Gleitringdichtungsanordnung

2 Gleitringdichtung

3 Durchgangsbohrung

4 Sensoreinrichtung

5 Abdeckung

6 Zwischenraum

7 pulverförmiges Material

8 Beschichtung

9 Membran

10 Gleitmaterialblock

11 Produktseite

12 Atmosphärenseite

13 Welle

14 Gleitringträger

15 stationäres Gehäuse

16 Klebeverbindung

17 Abstand in Axialrichtung / Verschleißhöhe des stationären Gleitrings

20 Dichtspalt

21 rotierender Gleitring

21a erste Gleitfläche

22 stationärer Gleitring

22a zweite Gleitfläche

22b Rückseite

40 Stromquelle

41 erstes elektrisches Kontaktelement

42 zweites elektrisches Kontaktelement

43 isolierendes Material

44 elektrisch nichtleitendes, zylindrisches Gehäuse

80 Undichtigkeit / Riss

A eindringendes Fluid aus dem Dichtspalt

X-X Axialrichtung / Mittelachse