Prozessfluidtechnik

Beschreibung

Die Erfindung betri f ft eine Vorrichtung für eine Armatur der Prozess fluidtechnik .

Enge Wartungspläne und zyklisch erfolgende Kontrollen von Prozessanlagen sind derzeitiger Stand der Technik .

Die Probleme des Standes der Technik werden gelöst durch : Eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß einem nebengeordneten unabhängigen Anspruch . Ein erster Aspekt der Beschreibung betri f ft eine Armatur der Prozess fluidtechnik umfassend : ein Dichtelement , welches mit einem beweglichen Absperrkörper der Armatur zusammenwirkt oder selbst den Absperrkörper bereitstellt , und welches eine Mehrzahl von Funktionsbereichen umfasst ; wenigstens einen mit dem Dichtelement assoziierten elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitt , welcher zumindest abschnittsweise einem der Mehrzahl von Funktionsbereichen zugeordnet ist ; und eine Betriebseinheit , welche zum Betreiben des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitts eingerichtet ist .

Die elastomere Eigenschaft erlaubt es , den Elastomerabschnitt in Bereichen anzuordnen, die einer statischen oder dynamischen mechanischen Beanspruchung unterliegen . Über die Messung des elektrischen Widerstands lassen sich verschiedene Zustände des Dichtelements oder der Armatur bestimmen . Vorteilhaft können Zusatz funktionen wie beispielsweise eine Hei zung oder ein Zustand des Dichtelements unter geringfügig erhöhten Produktionskosten bereitgestellt werden .

Vorteile werden dadurch erzielt , dass der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt mit dem Dichtelement materialschlüssig verbunden ist .

Vorteilhaft wird so die Montage vereinfacht .

Es ist beispielsweise von Vorteil , dass der wenigstens eine elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt abwechselnd einen statischen Funktionsbereich und einen dynamisch belasteten Funktionsbereich überdeckt oder abwechselnd durch den statischen Funktionsbereich und den dynamisch belasteten Funktionsbereich verläuft .

Vorteilhaft wird die Position des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitt über die Anordnung im statischen Funktionsbereich gewährleistet . Der Einfluss der durch die mechanische Belastung induzierten Fließbewegungen des Elastomermaterials werden durch diesen Verlauf reduziert und der leitfähige Elastomerabschnitt wird an seiner Position gehalten . Durch den abschnittsweisen Verlauf durch den dynamischen Abschnitt werden dynamische Veränderungen des Dichtelements erst messbar . So kann der aktuelle Betriebs zustand der Armatur ermittelt werden .

Zum Beispiel ist es von Vorteil , dass zumindest zwei elektrische Kontakte , welche mit unterschiedlichen Abschnitten des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitt elektrisch leitend verbunden sind, an einer Schmalseite des Dichtelements angeordnet sind oder an einer von der Schmalseite abragenden Lasche aus dem Dichtelement herausgeführt sind .

Vorteilhaft ist der elektrisch leitende Elastomerabschnitt an einer einzigen Stelle kontaktierbar . Beispielsweise kann ein Steckverbinder vorgesehen werden, der die Montage vereinfacht . Es ist von Vorteil , dass die Betriebseinheit dazu eingerichtet ist , einen zeitlichen Verlauf eines elektrischen Widerstands zumindest eines Teilabschnitts des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitts zu ermitteln, und wenigstens einen Zustand des Dichtelements oder der Armatur in Abhängigkeit von dem ermittelten zeitlichen Verlauf des elektrischen Widerstands zu ermitteln .

Vorteilhaft ist zum Beispiel , dass zwischen einem ersten elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitt und einem zweiten elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitt zumindest abschnittsweise ein dritter elektrisch leitfähiger Elastomerabschnitt angeordnet ist , dessen elektrischer Widerstand unter Druckeinwirkung stärker abfällt als der elektrische Widerstand des ersten und zweiten Elastomerabschnitts .

Vorteilhaft kann somit der Ort der Komprimierung ermittelt werden .

Von Vorteil ist zum Beispiel , dass das Dichtelement einen elastomeren elektrisch isolierenden Hauptkörper aufweist , mit welchem der wenigstens eine elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt materialschlüssig verbunden ist , insbesondere ist der wenigstens eine elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt in den Hauptkörper eingeklebt oder einvulkanisiert .

Vorteilhaft ist der elektrisch leitfähige

Elastomerabschnitt in das Dichtelement integriert und die Montage wird im Vergleich mit einer mehrteiligen Aus führung vereinfacht .

Vorteilhaft kann über den gemessenen elektrischen Widerstand auf den Zustand des Dichtelements geschlossen werden . Dadurch wird es ermöglicht , kritische Verschleiß zustände vor einem Versagen des Dichtelements zu erkennen . Damit wird eine vorausschauende Wartung ermöglicht und unnötige Wechsel des Dichtelements , die mit kostenintensiven Stilllegungen der Prozessanlage einhergehen, werden vermieden .

Es ist beispielsweise vorteilhaft , dass die Betriebseinheit und der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt dazu eingerichtet sind, den elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitt derart mit elektrischer Energie zu versorgen, dass der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt thermische Energie erzeugt .

Vorteilhaft kann über den elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitt die Temperatur im Bereich des Dichtelements erhöht werden .

Vorteile werden dadurch erzielt , dass der statische Funktionsbereich ein zur Herstellung einer Dichtwirkung nach außen wirkender Spannabschnitt eines als Ventilmembran ausgebildeten Dichtelements ist , und wobei der dynamische Funktionsbereich einen beweglichen Walkbereich der Ventilmembran umfasst , welcher sich innerhalb des Spannabschnitts befindet und sich an den Spannabschnitt anschließt .

So ist es zum Beispiel von Vorteil , dass die Betriebseinheit dazu eingerichtet ist , einen geöf fneten Zustand der Armatur zu ermitteln, wenn ein mit einer

Öf fnungsbewegung der Armatur assoziiertes Signalmuster im zeitlichen Verlauf des elektrischen Widerstands erkannt wird .

Zum Beispiel ist es von Vorteil , dass die Betriebseinheit dazu eingerichtet ist , einen geschlossenen Zustand der Armatur zu ermitteln, wenn ein mit einer Schließbewegung der Armatur assoziiertes Signalmuster im zeitlichen Verlauf des elektrischen Widerstands erkannt wird .

So ist es in einem weiteren Beispiel von Vorteil , dass bei der Ermittlung des Zustandes eine relative Änderung des elektrischen Widerstands zugrunde gelegt wird .

Vorteilhaft wird so eine Dri ftkompensation bereitgestellt , um die bei Spannungsbelastungen von elektrisch leitfähigen Elastomeren auftretenden Signalniveauänderungen zu kompensieren .

Zum Beispiel ist es von Vorteil , dass die Betriebseinheit dazu eingerichtet ist , einen Verschleiß-Zustand des Dichtelements zu erkennen, wenn ein gleitender Durchschnitt über einen vorab festgelegten Zeitraum ansteigt . Der elektrische Widerstand des elektrisch leitenden Elastomerabschnitts unterliegt einer Dri ft . Konkret bedeutet das , dass in einem verbauten Zustand des genannten Elastomerabschnitts der Mittelwert des Widerstandswerts über eine längere Zeitdauer absinkt . Ein Verschleiß im Bereich des Elastomerabschnitts macht sich in einer Dri ftumkehr bemerkbar . Entsprechend kann der Verschleiß über die Detektion dieser Dri ftumkehr ermittelt werden . Ein steigender gleitender Durchschnitt indi ziert diese Dri ftumkehr .

Von Vorteil ist zum Beispiel , dass die Betriebseinheit eingerichtet ist , um in Abhängigkeit von Widerstandsmessungen am ersten und zweiten Elastomerabschnitt wenigstens eine mehrdimensionale Koordinate , welche durch eine erhöhte Druckbelastung charakterisiert ist , zu ermitteln .

Vorteilhaft können so Koordinaten errechnet werden, die mit einer erhöhten Druckbelastung des Dichtelements einhergehen . Damit ist es auf einfache Art und Weise möglich, auch im Betrieb die Dichtheit nach innen und nach außen zu überwachen .

Zum Beispiel ist es von Vorteil , dass der dritte elektrische leitfähige Elastomerabschnitt einem der Mehrzahl von Funktionsbereichen zugeordnet ist , insbesondere zu wenigstens 50% innerhalb einer durch den zugeordneten Funktionsbereich gedachten zugeordneten

Begrenzung liegt . Durch die Zuordnung zu einem Funktionsbereich überdeckt der dritte Elastomerabschnitt diesen Funktionsbereich entweder zusammenhängend oder abschnittsweise in einem zusammenhängenden Bereich . Der druckabhängige elektrische Widerstand kann also nur durch ein Drücken auf den dritten Elastomerabschnitt , der den Funktionsbereich überdeckt , reduziert werden . Dadurch erhöht sich die Messgenauigkeit , da andere Funktionsbereiche entweder nur zum Teil oder gar nicht überdeckt werden, wodurch deren Einfluss auf die Messung reduziert wird .

Ein vorteilhaftes Beispiel zeichnet sich dadurch aus , dass die Betriebseinheit eingerichtet ist , um einen mit dem Dichtelement assoziierten Fehlerzustand zu ermitteln, wenn die ermittelte Koordinate der Druckbelastung außerhalb einer vorgegebenen mehrdimensionalen Vorgabe liegt .

Vorteilhaft können so auf einfache Art und Weise beispielsweise unsymmetrische Druckbelastungen erkannt werden . Auch die Erkennung von ungewollten Druckbelastungen des Dichtelements in Bereichen, in denen keine Druckbelastung zu erwarten ist , kann so als Fehlerzustand auf einfache Art und Weise erkannt werden .

Ein zweiter Aspekt der Beschreibung betri f ft ein Verfahren zum Betreiben wenigstens eines elektrisch leitfähigen

Elastomerabschnitts einer Vorrichtung für eine Armatur der

Prozess fluidtechnik, wobei die Vorrichtung umfasst : ein Dichtelement , welches mit einem Absperrkörper der Armatur zusammenwirkt oder selbst den Absperrkörper bereitstellt , und welches eine Mehrzahl von Funktionsbereichen umfasst ; und wenigstens einen mit dem Dichtelement assoziierten elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitt , welcher zumindest abschnittsweise einem der Mehrzahl von Funktionsbereichen zugeordnet ist ; und wobei das Verfahren umfasst : Betreiben, mittels einer Betriebseinheit , des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitts .

Im Folgenden wird auf die Figuren Bezug genommen .

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung 10 für eine Armatur 20 der Prozess fluidtechnik . Diese umfasst : ein Dichtelement 100 , welches vorliegend als Membran ausgebildet selbst den Absperrkörper 32 bereitstellt . Das Dichtelement 100 umfasst eine Mehrzahl von Funktionsbereichen 110 , 120 und wenigstens einen mit dem Dichtelement 100 assoziierten elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitt 200 , welcher zumindest abschnittsweise wenigstens einem der Mehrzahl von Funktionsbereichen 110 , 120 zugeordnet ist . Eine Betriebseinheit 300 ist zum Betreiben des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitts 200 eingerichtet .

Ein Beispiel ist darauf gerichtet , dass die Betriebseinheit 300 und der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt 200 dazu eingerichtet sind, den elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitt 200 derart mit elektrischer Energie zu versorgen, dass der elektrisch leitfähige

Elastomerabschnitt 200 thermische Energie erzeugt . Der wenigstens eine elektrisch leitfähige

Elastomerabschnitt 200 umfasst ein Elastomermaterial , welchem zur Herstellung der elektrischen Leitfähigkeit wenigstens ein Zusatzstof f bzw . Zuschlagstof f wie beispielsweise Rußpartikel bzw . Kohlenstof fpartikel beigemengt ist .

Das Dichtelement 100 weist einen elastomeren elektrisch isolierenden Hauptkörper auf , mit welchem der wenigstens eine elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt 200 materialschlüssig verbunden ist , insbesondere ist der wenigstens eine elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt 200 in den Hauptkörper eingeklebt oder einvulkanisiert .

Die auf den als Messpfad ausgebildeten Elastomerabschnitt 200 wirkenden mechanischen Beanspruchungen umfassen Zug- , Druck- , Biegungs- , Schub- und Torsionsbeanspruchungen und sind durch das Einwirken von Kräften und Drehmomenten auf den zugeordneten Funktionsbereich 110 , 120 gekennzeichnet . Sie führen zu mechanischen Spannungen sowie Verformungen des Messpfads und werden über den gemessenen Widerstand des Elastomerabschnitts 200 und dessen Verlauf erfasst .

Figur 2 zeigt eine Verbausituation des als Ventilmembran ausgebildeten Dichtelements 100 aus Figur 1 in einer als Membranventil ausgebildeten Armatur 20 . Das Dichtelement 100 ist zwischen dem Ventilkörper 22 und einem antriebsseitigen Körper 24 verspannt . Ein mit dem antriebsseitigen Körper 24 starr verbundener Antrieb 26 ist über eine Ventilstange 28 mit einem zentralen Abschnitt des Dichtelements 100 kraftführend verbunden und bewegt den zentralen Abschnitt entlang einer Stellachse z auf einen Ventilsitz 29 zu bzw . von diesem weg .

Figuren 3 und 4 zeigen ein weiteres Beispiel für die Vorrichtung 100 am Beispiel einer Dichtmanschette als Dichtelement 100 für eine Absperrklappe als Armatur 30 . Für die übrigen Merkmale wird auf die Figuren 1 und 2 verwiesen . Ein schematischer Schnitt A-A ist in Figur 3 gezeigt . Entlang einer Rotationsachse R einer in einem Fluidkanal 34 angeordneten rotierbaren Klappe 32 verläuft der Schnitt A-A, wobei die Klappe 32 innerhalb der Dichtmanschette angeordnet ist und den beweglichen Absperrkörper repräsentiert . Im Unterschied zur Figur 1 verläuft der elektrisch leitende Elastomerabschnitt 200 einer Halbkreis form folgend durch den dynamisch belasteten Funktionsbereichs 190 . Auf den Funktionsbereich 190 wirkt im geschlossenen Fall und während der Schließbewegung die Klappe 32 . Die starre Klappe 32 bewirkt so die innere Dichtheit . Eine von außen zugängliche Öf fnung 192 der Dichtmanschette erstreckt sich entlang des Umfangs der Dichtmanschette und stellt eine Aufnahme für ein darin eingrei fendes Gegenstück eines Klappenkörpers bereit . Ein statischer Funktionsbereich 194 der Manschette , welcher sich lateral an den dynamisch belasteten Funktionsbereich 190 anschließt , wird während des Betriebs nicht verformt oder weniger stark verformt als der dynamisch belastete Funktionsbereich 190 und stellt die mechanische Verbindung des dynamischen Funktionsbereichs 190 in Richtung des Klappenkörpers her .

Figur 5 zeigt in einer schematischen Explosionsansicht Komponenten des als Ventilmembran ausgebildeten Dichtelements 100 aus den Figuren 1 und 2 . Nachfolgend wird sich obschon der visuellen Darstellung vor der Vulkanisation auf die Ausprägung des Dichtelements 100 als vulkanisierte Membran bezogen . Der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt 200 ist mit dem Dichtelement 100 materialschlüssig verbunden .

Ein antriebsseitiges Ende eines Membranpins 502 ist im vorliegenden Beispiel nach der Vulkanisation durch zentrale Durchgangsöf fnungen einer als Gewebe ausgebildeten Armierung 504 und einer zu einer Trockenseite T hin angeordnete Elastomerlage 506 geführt . Der Membranpin 502 stellt die mechanische Schnittstelle zur Ventilstange bereit und verbindet damit die entlang ihrer Längsachse vom Antrieb bewegte Ventilstange mit der innenliegenden Armierung 504 . Zur Nassseite N hin schließt sich an die Armierung 504 eine elastomere Lage 512 an . Der Elastomerabschnitt 200 wird also gemeinsam mit den übrigen isolierend ausgeführten Membranlagen vulkanisiert . Der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt 200 befindet sich auf der zur Trockenseite T hin orientierten Seite der Armierung .

Alternativ zu der gezeigten materialschlüssigen Verbindung ist der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt Teil einer separaten Sensorlage , welche auf der Trockenseite des Dichtelements angeordnet ist . Ein weiteres alternatives Beispiel sieht vor, dass der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt in eine Ausnehmung des Dichtkörpers eingelegt wird .

Der Elastomerabschnitt 200 ist auf einer von der Nassseite N abgewandten Seite der Armierung 504 angeordnet .

Vorteilhaft wird dadurch die Funktion des inneren Dichtbereichs weniger durch die durch den Elastomerabschnitt 200 verursachte Strukturierung der Membran beeinträchtigt .

Figur 6 zeigt einen zur Stellachse lotrechten Schnitt des Dichtelements 100 aus Figur 5 . Gezeigt ist , dass der wenigstens eine elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt 200 abwechselnd einen statischen Funktionsbereich 110 und einen dynamisch belasteten Funktionsbereich 120 überdeckt bzw . abwechselnd durch den statischen Funktionsbereich 110 und den dynamisch belasteten Funktionsbereich 120 verläuft .

Der statisch belastete Funktionsbereich 110 ist ein zur Herstellung einer Dichtwirkung nach außen wirkender Spannabschnitt eines als Ventilmembran ausgebildeten Dichtelements 100 , wobei der dynamische Funktionsbereich 120 einen beweglichen Walkbereich der Ventilmembran umfasst , welcher sich innerhalb des Spannabschnitts befindet und sich an den Spannabschnitt anschließt . Der Verlauf des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitts 200 folgt einer Kreisringform und folgt zumindest zu einem Viertel , insbesondere zu zumindest zwei Dritteln insbesondere in einem Abstand dem Umfang des dynamisch belasteten Funktionsbereichs 120 . Der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitts verläuft zu zumindest 50% , insbesondere zu zumindest 60% und insbesondere zu zumindest 70% durch den dynamischen Funktionsbereich 120 .

Die Funktionsbereiche 110 und 120 sind durch eine Dichtgrenze bzw . Dichtkante 122 voneinander getrennt .

Im Falle der Membran mäandert der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt 200 also zwischen dem statisch belasteten Spannbereich und dem dynamisch belasteten Spannbereich über und entlang der Dichtkante 122 .

Im Beispiel ist gezeigt , dass zumindest zwei elektrische Kontakte 210 , 220 , welche mit unterschiedlichen Abschnitten 212 , 220 des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitt 200 elektrisch leitend verbunden sind, an einer Schmalseite 106 des Dichtelements 100 angeordnet oder an einer von der Schmalseite 106 abragenden Lasche 108 aus dem Dichtelement 100 herausgeführt sind .

Zwischen dem j eweiligen Kontakt 210 , 220 und dem zugeordneten Abschnitt 212 , 220 des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitts 200 befindet sich eine j eweilige verbindende elektrische Leitung 214 , 224 . Figur 7 zeigt linkerhand ein als Ventilmembran ausgebildetes vulkanisiertes Dichtelement 100 mit einer Ausnehmung 702 , in welche der vulkanisierte Elastomerabschnitt 200 aufgenommen wird, beispielsweise eingeklebt oder einvulkanisiert wird . Hierbei kann eine Oberfläche des Elastomerabschnitts 200 freiliegen . Damit ist der Elastomerabschnitt 200 abschnittsweise materialschlüssig mit dem Dichtelement 100 verbunden . Ausgehend von der Lasche 108 verläuft die Ausnehmung 702 über den statischen Funktionsbereich 110 in Richtung des dynamischen Funktionsbereichs 120 , umläuft wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt , mäandernd den dynamischen Funktionsbereich 120 , und erreicht anschließend nach Durchlaufen des statischen Funktionsbereichs 110 wieder die Lasche 108 . Die Ausnehmung 702 verläuft abwechselnd in den Funktionsbereichen 110 und 120 , wobei die Dichtkante 122 mehrfach überschritten wird .

Der Verlauf des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitts 200 schließt mit einer gedachten Lotrechten der Dichtkante zwischen dem statischen und dem dynamischen Funktionsbereich einen Winkel zwischen 45 ° und 5 ° , insbesondere zwischen von 35 ° und 15 ° ein . Der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt 200 verläuft damit vorteilhaft nicht entlang eines stark beanspruchten Bereichs , sondern vielmehr entlang des durch Zug und Druck in der Membranebene belasteten Bereichs der Dichtkante .

Figur 8 zeigt ein schematisches Blockdiagramm der

Betriebseinheit 300 . Gezeigt ist , dass die Betriebseinheit 300 dazu eingerichtet ist , einen zeitlichen Verlauf 900 des elektrischen Widerstands zumindest eines Teilabschnitts des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitts 200 zu ermitteln, und wenigstens einen Zustand Z des Dichtelements 100 oder der Armatur 20 , 30 in Abhängigkeit von dem ermittelten zeitlichen Verlauf 900 des elektrischen Widerstands zu ermitteln .

Ein geöf fneter Zustand Z der Armatur wird dann ermittelt , wenn ein mit einer Öf fnungsbewegung der Armatur assoziiertes erstes Signalmuster im zeitlichen Verlauf 900 des elektrischen Widerstands erkannt wird .

Zur Erkennung des ersten Signalmusters im zeitlichen Verlauf 900 wird beispielsweise wenigstens ein das erste Signalmuster repräsentierender Datensatz vorab ermittelt und abgespeichert . Ein erster Filter wird zur Ermittlung des Vorhandenseins der bzw . der Ermittlung der zeitlichen Lage des ersten Signalmusters bzw . der vorab ermittelten Signal form innerhalb des Verlaufs genutzt .

In einem anderen Beispiel reichen die einmalige Detektion von steigenden oder sinkenden Flanken oder einer vorab bestimmten Abfolge steigender oder sinkender Flanken des Verlaufs 900 aus , um auf die Öf fnungsbewegung der Armatur zu schließen .

Ein geschlossener Zustand Z der Armatur wird dann ermittelt , wenn ein mit einer Schließbewegung der Armatur assoziiertes zweites Signalmuster im zeitlichen Verlauf 900 des elektrischen Widerstands erkannt wird . Das erste und das zweite Signalmuster unterscheiden sich voneinander .

Zur Erkennung des zweiten Signalmusters im zeitlichen Verlauf 900 wird beispielsweise wenigstens ein das zweite Signalmuster repräsentierender Datensatz vorab ermittelt und abgespeichert . Ein zweiter Filter wird zur Ermittlung des Vorhandenseins der zeitlichen Lage des zweiten Signalmusters bzw . der vorab ermittelten Signal form innerhalb des Verlaufs 900 genutzt .

In einem anderen Beispiel reichen die einmalige Detektion von steigenden oder sinkenden Flanken oder einer vorab bestimmten Abfolge steigender oder sinkender Flanken des Verlaufs 900 - welche das zweite Signalmuster repräsentieren - aus , um auf die Schließbewegung zu schließen .

Die Betriebseinheit 300 ist also dazu eingerichtet , zum mittels Signalverarbeitungs-Schritten den aktuellen Zustand Z der Armatur zu ermitteln .

Figur 9 zeigt einen mittels der Anordnung aus Figur 7 gemessenen Verlauf 900 des Widerstands R des elektrisch leitenden Elastomerabschnitts . Die Figur zeigt , dass die Betriebseinheit dazu eingerichtet ist , einen geöf fneten Zustand der Armatur 20 , 30 zu ermitteln, wenn eine steigende Flanke rE im zeitlichen Verlauf 900 des elektrischen Widerstandes einen zugeordneten Schwellenabstand thl überschreitet . Die steigende Flanke rE tritt im Beispiel innerhalb einer erwarteten Zeitspanne von beispielsweise 0 bis 1 s , insbesondere zwischen 0 , 25 und 0 , 75 Sekunden auf , ist aber von der Baugröße des Membranventils sowie vom Antrieb abhängig . Die steigende Flanke rE repräsentiert das erste mit der Öf fnungsbewegung der Armatur assoziierte Signalmuster, welches im Verlauf 900 erkannt wird .

Zusätzlich oder alternativ wird ein Grenzwert Go während des Betriebs ermittelt , der den geöf fneten Zustand charakterisiert und gegen den der Wert des elektrischen Widerstands in einem geöf fneten Zustand der Armatur strebt . Ausgehend davon kann beispielsweise der geöf fnete Zustand ermittelt werden, wenn der Widerstand sich für einen vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise von mehreren Sekunden, oberhalb des Grenzwerts Go befindet .

Die Betriebseinheit 300 ist dazu eingerichtet , einen geschlossenen Zustand der Armatur 20 , 30 zu ermitteln, wenn eine weitere steigende Flanke rE2 im zeitlichen Verlauf des elektrischen Widerstandes , insbesondere unmittelbar, auf eine fallende Flanke fE folgt . Die Flanken fE und rE2 repräsentieren das zweite mit der Schließbewegung der Armatur assoziierte Signalmuster, welches im Verlauf 900 erkannt wird .

Zusätzlich oder alternativ kann der vorige erste Grenzwert Go für die Ermittlung des geschlossenen Zustands ermittelt werden . Verweilt der Wert des Widerstands nach den Flanken fE , rE2 für einen vorbestimmten Zeitraum von beispielsweise 1-2 Sekunden insbesondere mit einem zusätzlichen Abstand unterhalb des ersten Grenzwerts G2o , dann wird der Zustand der Armatur als geschlossen ermittelt .

Zusätzlich oder alternativ kann ein zweiter Grenzwert Gc im Betrieb ermittelt werden, gegen den der Wert des Widerstands im geschlossenen Zustand strebt . Der zweite Grenzwert Gc ist kleiner als der erste Grenzwert Go .

Zur Ermittlung des ersten und/oder zweiten Grenzwerts Gc, Go kann eine vorab festgelegte Funktion verwendet werden, welche aus dem zeitlichen Verlauf 900 des Widerstandes den j eweiligen Grenzwert Gc, Go im Betrieb ermittelt . Damit wird die dem Signal des Widerstands innewohnende Dri ft kompensiert .

Der in Figur 9 gezeigte Verlauf 900 ist mit der Ausprägung des Dichtelements 100 aus Figur 7 verknüpft . Entsprechend wird für andere geometrische Ausprägungen des Verlaufs des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitts 200 ein anderer Verlauf 900 des elektrischen Widerstands erwartet , für welchen andere erste und zweite Signalmuster erwartet werden als die vorab beschriebenen .

Figur 10 zeigt den Verlauf 900 des elektrischen Widerstands über eine Viel zahl von Schaltspielen hinweg, weshalb sich in der Darstellung eine balkenförmige Darstellung ergibt . Zum Beispiel wird gezeigt , dass bei der Ermittlung des Zustandes eine relative Änderung des elektrischen Widerstands zugrunde gelegt wird . Die relative Änderung des elektrischen Widerstandes des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitts wird beispielsweise durch Bildung eines Mittelwerts 900_M des Widerstandswerts über einen Zeitraum ermöglicht , der mehrere Schließ- und Öf fnungs zyklen umfasst . Die Abweichungen des Widerstandssignals von diesem Mittelwert 900_M werden dann als Widerstandssignal für die Bewertung des Zustands verwendet .

Zum Beispiel ist gezeigt , dass die Betriebseinheit dazu eingerichtet ist , einen Verschleiß-Zustand des Dichtelements 100 zu erkennen, wenn ein gleitender Durchschnitt im Sinne des Mittelwerts 900_M über einen vorab festgelegten Zeitraum von beispielsweise zwischen 30 Minuten und 3 Stunden ansteigt .

Der gleitende Durchschnitt im Sinne des Mittelwerts 900_M übersteigt eine dri ftkompensiert ermittelte Schwelle 902 zum Zeitpunkt tl . Beispielsweise folgt die Schwelle 902 Werten des Mittelwerts 900_M aus der Vergangenheit mit einem festgelegten Abstand von 3- 10 k Ohm . Steigt der Mittelwert 900_M nach dem Zeitpunkt tl , zu dem Mittelwert 900_M die Schwelle 902 erreicht , bis zum Zeitpunkt t2 weiter an, so wird auf eine Degradierung des Dichtelements bzw . des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitts geschlossen .

Figur 11 zeigt in schematischer Form eine Aus führungs form des als Ventilmembran ausgebildeten Dichtelement 100 . Zwei elektrisch leitfähige , voneinander isolierte Elastomerabschnitte 200a, 200b folgen der Außenkontur eines Halbmondes und verlaufen im Bereich eines axial verlaufenden Dichtabschnitts 150 . Über verschiedene Abgri f fe führen elektrische Leitungen von dem j eweiligen Elastomerabschnitt 200a, 200b zu den elektrischen Kontakten 230a, 230b des j eweiligen Elastomerabschnitts .

So lassen sich beispielsweise über die zwischen den Kontakten 210al und 210a3 gemessenen Widerstandswerte die Verspannung des statisch belasteten Funktionsbereichs 110 im zugeordneten Unterabschnitt des Elastomerabschnitts 200a überprüfen, da zwischen den vorgenannten Abgri f fen der Elastomerabschnitt 200a durch den Funktionsbereich 110 bzw . dessen Unterabschnitt verläuft . Damit kann im Betrieb die Dichtheit nach außen überprüft werden .

Mittels einer oder mehrerer Widerstandsmessungen zwischen den Kontakten 230b2 und 230b4 wird die sich beispielsweise die auf den Sitz wirkende Anpresskraft während des Betriebs charakterisiert . Damit wird die Dichtheit nach innen überprüft .

Figur 12 zeigt in einer schematischen perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt im Funktionsbereich 110 oder 120 des als Ventilmembran oder Dichtmanschette ausgebildeten Dichtelements 100 .

Es ist abgebildet , dass zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitt 200a und dem zweiten elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitt 200b zumindest abschnittsweise der dritte elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt 200c angeordnet ist , dessen elektrischer Widerstand unter Druckeinwirkung stärker abfällt als der elektrische Widerstand des ersten und zweiten Elastomerabschnitts 200a, 200b .

Das Dichtelement 100 reagiert auf Druck, der die zwei elektrisch leitende Elastomerabschnitte 200a, 200b stellenweise über den Elastomerabschnitt 200c elektrisch leitend miteinander verbindet und so einen Spannungsteiler bildet , an dem der elektrische Widerstand gemessen wird, um die Koordinate der Druckbeaufschlagung zu bestimmen .

Beispielsweise ist gezeigt , dass die Betriebseinheit 300 eingerichtet ist , um in Abhängigkeit von Widerstandsmessungen am ersten und zweiten Elastomerabschnitt 200a, 200b wenigstens eine mehrdimensionale Koordinate , welche durch eine erhöhte Druckbelastung charakterisiert ist , zu ermitteln .

Die Betriebseinheit 300 ist eingerichtet , um einen mit dem Dichtelement 100 assoziierten Fehlerzustand Z zu ermitteln, wenn die ermittelte Koordinate der Druckbelastung außerhalb einer vorgegebenen mehrdimensionalen Vorgabe liegt .

Der Fehlerzustand Z umfasst sowohl Verschleiß zustände des Dichtelements als auch Montagefehler . Weitergehend können auch Betriebs fehler wie beispielsweise ein Störkörper im Fluidkanal auf diese Art und Weise erkannt werden . Um die Koordinate der Druckbelastung zu ermitteln, wird beispielsweise an einer der leitfähigen Elastomerabschnitte 200a, 200b eine Spannung angelegt . Die Spannung fällt von einem Rand des Elastomerabschnitts 200a, 200b zum gegenüberliegenden Rand hin ab . An der Stelle der Druckbelastung ist die das Spannungsniveau beider Elastomerabschnitte 200a, 200b gleich, weil sie dort elektrisch leitend verbunden sind . Zwischen dem Rand des zweiten Elastomerabschnitts 200a und den beiden gegenüberliegenden Rändern des ersten Elastomerabschnitts 200a sind zwei Spannungen messbar . Wenn die beiden Spannungen gleich sind, so wird die Koordinate der Mitte zwischen den beiden Rändern des ersten Elastomerabschnitts 200a ermittelt . Je höher eine Spannung im Verhältnis zur anderen ist , desto weiter ist der Ort der Druckbelastung vom j eweiligen Rand entfernt .

Die beiden Elastomerabschnitte 200a, 200b verlaufen flächig und parallel zueinander . Die Zwischenschicht 200c hingegen kann sich mit elektrisch isolierenden Abschnitten abwechseln .

Es ist dargestellt , dass der dritte elektrische leitfähige Elastomerabschnitt 200c einem der Mehrzahl von Funktionsbereichen 110 , 120 zugeordnet ist , insbesondere zu wenigstens 50% innerhalb einer durch den zugeordneten Funktionsbereich 110 , 120 gedachten zugeordneten Begrenzung liegt . Die aufeinander gerichteten Pfeile repräsentieren einen erhöhten Druck auf das Dichtelement in diesem Bereich . Durch den erhöhten Druck wird die Leitfähigkeit des dritten Elastomerabschnitts 200c in einem Bereich 202cL erhöht und es kommt zu einem Stromfluss . Damit ergeben sich in den schicht förmig verlaufenden Elastomerabschnitten 200a, 200b die schematisch dargestellten Widerstände Ra2 , Ra4 und Rbl , Rb3 .

Der stärkere Abfall des elektrischen Widerstands bei gleichem Druck kann - im Vergleich mit dem ersten und zweiten Elastomerabschnitt - für den dritten Elastomerabschnitt beispielsweise durch die Erhöhung der Konzentration der dem Elastomermaterial beigemischen Rußpartikel erreicht werden . Entsprechend weisen der erste und zweite Elastomerabschnitt eine geringere Konzentration an Rußpartikeln auf als der dritte Elastomerabschnitt .

Figuren 13 und 14 zeigen ein weiteres Beispiel eines als Ventilmembran ausgebildeten Dichtelements 100 . Figur 13 zeigt einen Schnitt B-B aus Figur 12 . Erste elektrisch leitfähige Elastomerabschnitte 200i , 200k, 200j verlaufen in einer ersten Ebene und zweite elektrisch leitfähige Elastomerabschnitte 200e , 200 f , 200g verlaufen in einer zweiten von der ersten Ebene beabstandeten Ebene . Die ersten und zweiten Elastomerabschnitte verlaufen linienförmig . In sich überkreuzenden Bereichen ist zwischen dem ersten Elastomerabschnitt 200k und dem zweiten Elastomerabschnitt 200 f der dritte Elastomerabschnitt 200c angeordnet . Die ersten bis dritten Elastomerabschnitte sind in einem elektrisch isolierenden Haupt-Elastomerkörper 1300 eingebettet . Durch diese Anordnung werden voneinander beabstandete diskrete Bereiche geschaf fen, die j eweils auf Druck reagieren . So kann die Druckverteilung besser ermittelt werden .

Selbstverständlich sind neben den gezeigten Verläufen des elektrisch leitfähigen Elastomerabschnitts auch andere Verlaufs formen wie beispielsweise eine Wellenform, eine Spiral form oder andere Formen denkbar .

Des Weiteren kann der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt auch außerhalb des Dichtelements 100 in einer separaten Sensorlage angeordnet sein oder das Dichtelement keinen direkten Medienkontakt haben wie beispielsweise bei einer kaschierten Elastomermembran mit einem Membranschild, welches mit dem Prozessmedium in Kontakt steht .

Der elektrisch isolierende Hauptkörper weist einen höheren elektrischen Widerstand pro Volumeneinheit auf als der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt .

Bricht der elektrisch leitfähige Elastomerabschnitt , dann steigt der gemessene Widerstand in Richtung unendlich . Damit ist ein Riss messbar . Die vorgestellten Maßnahmen sollen einen Beitrag dazu leisten, diesen Bruch durch eine Zustandsermittlung vorherzusehen und einen frühzeitigen Tausch der Membran einzuleiten .