DE102023100863B3

DE102023100863B3 - Gleitringdichtungsanordnung

Info

Publication number: DE102023100863B3
Application number: DE102023100863.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Müller
Original assignee: EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Current assignee: EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Priority date: 2023-01-16
Filing date: 2023-01-16
Publication date: 2024-06-13
Anticipated expiration: 2043-01-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung, eingerichtet zur Abdichtung an einem rotierenden Bauteil (22), umfassend eine Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (3) mit einer Gleitfläche (3a) und einem stationären Gleitring (4) mit einer Gleitfläche (4a), welche zwischen den Gleitflächen (3a, 4a) einen Dichtspalt (5) definieren, wobei der rotierende Gleitring (3) und der stationäre Gleitring (4) aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sind, wobei der rotierende Gleitring (3) elektrisch mit dem rotierenden Bauteil (22) verbunden ist, eine Drehmomentübertragungsvorrichtung (41), welche am stationären Gleitring (4) angeordnet ist und eingerichtet ist, ein Mitdrehen des stationären Gleitrings mit dem rotierenden Gleitring im Betrieb zu verhindern, eine elektrische Isolationseinrichtung, welche am stationären Gleitring und/oder an einem mit dem stationären Gleitring verbundenen Bauteil angeordnet ist, und eine Überwachungseinrichtung (6) mit einem elektrischen Stromkreis (7), einer Messeinheit (60) und einer Auswerteeinheit (61), wobei der elektrische Stromkreis (7) eine erste Leitung (71), welche den stationären Gleitring (4) elektrisch mit einer Spannungsquelle (70) verbindet, eine zweite Leitung (72), welche das rotierende Bauteil (22) elektrisch mit der Spannungsquelle (70) verbindet, und einen Kondensator (73) umfasst, wobei der Kondensator (73) als Plattenkondensator ausgebildet ist, wobei der Plattenkondensator durch den rotierenden Gleitring (3) und den stationären Gleitring (4) ausgebildet ist, wobei die Messeinheit (60) eingerichtet ist, Änderungen von elektrischen Größen des elektrischen Stromkreises (7) zu erfassen, wobei die Auswerteeinheit (61) eingerichtet ist, eine Auswertung der durch die Messeinheit (60) erfassten elektrischen Größen auszuführen, und wobei die Auswerteeinheit (61) eingerichtet ist, einen Verschleiß an den Gleitflächen der Gleitringe und/oder der Drehmomentübertragungsvorrichtung (41) zu bestimmen, wenn elektrische Größen des elektrischen Stromkreises (7) eine Änderung erfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gleitringdichtungsanordnung sowie eine Maschine mit einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung, welche eine Zustandsüberwachung einer Gleitringdichtung ermöglicht.
Gleitringdichtungsanordnungen sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Gleitringdichtungsanordnungen dichten dabei an einem rotierenden Bauteil, beispielsweise einer Welle, einer Maschine, z.B. einem Verdichter, einem Kompressor, einer Pumpe oder Rührwerken oder dgl., einen Produktraum von einer Atmosphäre ab. Hierbei müssen Gleitringdichtungsanordnungen häufig unter extremen Bedingungen, z.B. hohen Temperaturen, hohen Drücken und/oder toxischen Medien, eine Abdichtsaufgabe bewältigen. Um im Betrieb Komplikationen zu vermeiden, sollte die Gleitringdichtungsanordnung möglichst in allen Betriebssituationen abdichten können und gegebenenfalls vor einem Ausfall ausgetauscht werden, um außerplanmäßige Stillstände der Maschine bzw. eine Gefährdung von Mensch und Umwelt durch eine beschädigte Gleitringdichtung zu vermeiden. Schwierig ist hierbei festzustellen, wann ein Ausfall einer Gleitringdichtung droht.
Ferner sind aus der DE 10 2021 116 015 A1 , der DE 197 23 327 A1 , der DE 10 2009 004 035 A1 und der DE 10 2020 124 012 A1 Gleitringdichtungsanordnungen mit Zustandsüberwachungen bekannt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gleitringdichtungsanordnung sowie eine Maschine mit Gleitringdichtungsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit eine möglichst sichere Zustandserfassung einer Gleitringdichtung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Die Unteransprüche zeigen jeweils bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Gleitringdichtungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass auf relativ einfache Weise eine Zustandserfassung einer Gleitringdichtung ermöglicht wird. Hierbei können insbesondere bauliche Veränderungen an der Gleitringdichtungsanordnung sehr gering gehalten werden, so dass eine Zustandsüberwachung auch bei bewährten Bauformen von Gleitringdichtungsanordnungen verwendet werden kann. Somit kann sichergestellt werden, dass durch die Zustandsüberwachung eine Performance einer Gleitringdichtungsanordnung nicht nachteilig beeinflusst wird.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Gleitringdichtungsanordnung eine Gleitringdichtung mit einem rotierenden und einem stationären Gleitring aufweist, welche zwischen ihren Gleitflächen einen Dichtspalt definieren. Dabei sind der stationäre und rotierende Gleitring aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Der stationäre und rotierende Gleitring ist dabei vorzugsweise aus einem keramischen, elektrisch leitfähigen Verbundmaterial hergestellt. Weiterhin ist der rotierende Gleitring elektrisch mit einem rotierenden Bauteil, an welchem die Gleitringdichtungsanordnung abdichtet, direkt oder indirekt verbunden. Die Gleitringdichtung umfasst ferner eine Drehmomentübertragungsvorrichtung, welche am stationären Gleitring angeordnet ist und eingerichtet ist, ein Mitdrehen des stationären Gleitrings mit dem rotierenden Gleitring im Betrieb zu verhindern. Ferner ist eine elektrische Isolationseinrichtung vorgesehen, die am stationären Gleitring angeordnet ist und/oder an einem direkt oder indirekt mit dem stationären Gleitring verbundenen Bauteil vorgesehen ist. Die elektrische Isolationseinrichtung stellt insbesondere eine elektrische Isolierung des stationären Gleitrings bereit. Die Gleitringdichtungsanordnung umfasst weiter eine Überwachungseinrichtung mit einem elektrischen Stromkreis, einer Messeinheit und einer Auswerteeinheit. Der elektrische Stromkreis umfasst eine erste Leitung, welche den stationären Gleitring mit einer Spannungsquelle verbindet, eine zweite Leitung, welche das rotierende Bauteil mit der Spannungsquelle verbindet und einen Kondensator. Der Kondensator ist als Plattenkondensator ausgebildet, wobei der Plattenkondensator durch den rotierenden Gleitring und den stationären Gleitring ausgebildet ist. Somit bilden der rotierende und der stationäre Gleitring jeweils Kondensatorplatten des Plattenkondensators, so dass die beiden Gleitringe ein elektrisches Bauteil darstellen. Die Messeinheit ist eingerichtet, Änderungen von elektrischen Größen des Stromkreises zu erfassen und die Auswerteeinheit ist eingerichtet, eine Auswertung der durch die Messeinheit erfassten elektrischen Größen auszuführen. Weiter ist die Auswerteeinheit eingerichtet, einen Verschleiß der Gleitringdichtung zu bestimmen, wenn ein Zustand auftritt, bei dem elektrische Größen des Stromkreises eine Änderung erfahren. Dies erfolgt vorzugsweise durch Schließen des Stromkreises oder einen Kurzschluss.
Insbesondere geben hierbei die durch Messeinheit erfassten elektrischen Größen schon vor einem vollständigen Verschleiß der elektrischen Isolationseinrichtung einen Hinweis, dass ein Verschleiß soweit fortgeschritten ist, dass ein Austausch von Bauteilen der Gleitringdichtung notwendig ist.
Somit werden Bauteile des Gleitringdichtungsanordnung selbst als Teile des elektrischen Stromkreises der Überwachungseinrichtung verwendet, so dass eine Überwachung der Gleitringdichtungsanordnung mit einer sehr geringen Anzahl von zusätzlichen Bauteilen möglich ist. Somit kann ein besonders einfacher Aufbau realisiert werden und die Überwachungseinrichtung sehr kostengünstig ausgeführt sein. Auch ist durch die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung eine dauerhafte Überwachung des Zustands der Gleitringdichtungsanordnung im Betrieb problemlos möglich. Sollten sich Anzeichen von Änderungen der erfassten elektrischen Größen geben, kann frühzeitig ein möglicher Austausch der Gleitringdichtung oder anderer Bauteile der Gleitringdichtung oder anderer Bauteile der Gleitringdichtungsanordnung geplant werden, ohne dass es zu einem schwerwiegenden Störfall im Betrieb der Gleitringdichtungsanordnung kommt. Die Auswerteeinheit ist somit eingerichtet, einen Verschleiß, insbesondere der Gleitflächen der Gleitringe und/oder einen Verschleiß der Drehmomentübertragungsvorrichtung, zu bestimmen.
Vorzugsweise ist ein Sperrfluid, welches im Betrieb im Dichtspalt zwischen den Gleitflächen der Gleitringe befindlich ist, ein Dielektrikum. Dadurch kann der die Gleitringe umfassende Kondensator sehr einfach bereitgestellt werden.
Weiter bevorzugt umfasst die elektrische Isolationseinrichtung eine elektrisch isolierende Beschichtung an wenigstens einer der Gleitflächen der Gleitringe, vorzugsweise an beiden Gleitflächen. Die elektrisch isolierende Beschichtung isoliert die Gleitflächen des rotierenden und stationären Gleitrings elektrisch, so dass auch bei einem Stillstand oder geringen Drehzahlen der Gleitringdichtungsanordnung, bei dem sich die Gleitflächen der Gleitringe berühren, ein Stromkreis nicht geschlossen ist und eine Zustandsaussage über die Gleitringdichtung gemacht werden kann. Solange die elektrisch isolierende Beschichtung intakt ist, wird auch bei einem Stillstand der Gleitringdichtungsanordnung der elektrische Stromkreis über die Gleitringe nicht geschlossen. Sollte z.B. die elektrisch isolierende Beschichtung an den Gleitflächen aufgrund von Verschleiß abgetragen sein, würde sich bei einem Stillstand und einem Kontakt der Gleitflächen der elektrische Stromkreis der Überwachungseinrichtung an den Gleitflächen schließen, was unmittelbar auf einen Verschleiß der Beschichtungen der Gleitflächen hindeutet. Dann können entsprechend Gegenmaßnahmen, beispielsweise ein Austausch der Gleitringe, vorgenommen werden.
Weiter bevorzugt umfasst die elektrische Isolationseinrichtung eine elektrisch isolierende Beschichtung am Kontaktbereich zwischen dem stationären Gleitring und der Drehmomentübertragungsvorrichtung. Im Betrieb kann durch Anfahr- und Abbremsvorgängen auch ein Verschleiß zwischen dem stationären Gleitring und der Drehmomentübertragungsvorrichtung auftreten, was durch Verschleiß der elektrisch nichtleitenden Beschichtung zwischen diesen Bauteilen erfassbar ist.
Besonders bevorzugt umfasst die Drehmomentübertragungsvorrichtung einen Stift, welcher elektrisch leitfähig ist, insbesondere ein Metallstift, und eine elektrisch nichtleitende Kappe oder dgl. an wenigstens einem Ende, vorzugsweise an beiden Enden, des Stiftes. Die elektrisch nichtleitende Kappe ist vorzugsweise eine Kunststoffkappe, insbesondere aus PEEK, und kann an einem oder beiden Enden des Stiftes angeordnet sein. Der Stift ist vorzugsweise in einem stationären Gehäuse der Gleitringdichtungsanordnung angeordnet und greift weiter bevorzugt in eine in Axialrichtung verlaufende Nut an einem Außenumfang des stationären Gleitrings ein.
Die elektrisch isolierende Beschichtung an den Gleitflächen und/oder zwischen dem stationären Gleitring und der Drehmomentübertragungsvorrichtung ist vorzugsweise eine DLC-Beschichtung (Diamond Like Carbon-Beschichtung).
Weiter bevorzugt umfasst die Gleitringdichtungsanordnung ferner eine Vorspanneinrichtung und einen Druckring, welche an einer Rückseite des stationären Gleitrings angeordnet sind. Die Vorspanneinrichtung spannt den stationären Gleitring in Axialrichtung X-X gegen den rotierenden Gleitring vor, wobei die Vorspanneinrichtung gegenüber dem stationären Gleitring ebenfalls elektrisch isoliert ist. Dies kann auf einfache Weise derart ermöglicht werden, dass der Druckring aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt ist oder eine Beschichtung aus einem elektrisch nichtleitenden Material an einer Rückseite des stationären Gleitrings oder dem Druckring vorgesehen ist.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist gegeben, wenn der stationäre Gleitring vollständig an allen Außenflächen eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweist. Eine elektrische Kontaktierung des stationären Gleitrings mittels der ersten Leitung muss dann durch eine in der Beschichtung ausgebildete Öffnung erfolgen.
Besonders bevorzugt ist die Auswerteeinheit eingerichtet, Messgrößen des elektrischen Stromkreises, welche durch die Messeinheit gemessen wurden, einem Vergleich mit Vergleichsgrößen zu unterziehen, um Abweichungen festzustellen. Jedenfalls kann dann eine Warnmeldung oder dgl. ausgegeben werden. Vergleichsgrößen sind beispielsweise vorangegangene Messgrößen, die durch die Messeinheit aufgenommen wurden und/oder vorgegebene Vergleichsgrößen aus Versuchen, welche in einem Speicher abgespeichert sind.
Besonders bevorzugt ist die Auswerteeinheit eingerichtet, anhand der erfassten elektrischen Messgrößen eine Höhe des Dichtspalts in Axialrichtung X-X der Gleitringdichtung zu bestimmen. Hierdurch kann auf einfache Weise eine mögliche Leckage über den Dichtspalt der Gleitringdichtung erfasst werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Maschine, beispielsweise einen Turboverdichter, einen Kompressor, eine Pumpe oder ein Rührwerk, mit einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung, welche an einem rotierenden Bauteil wie z.B. einer Welle, einen Produktraum gegenüber einer Atmosphäre abdichtet. Die Maschine umfasst dabei eine Steuereinheit, welche eingerichtet ist, eine Steuerung der Maschine vorzunehmen. Die Auswerteeinheit der Gleitringdichtungsanordnung ist dabei eingerichtet, von der Steuereinheit der Maschine weitere Betriebsgrößen der Maschine, insbesondere eine Drehzahl der Maschine, einen Druck des abzudichtenden Mediums und/oder eine Temperatur des abzudichtenden Mediums und/oder eine gesamte Laufzeitdauer der Maschine seit Einbau der Gleitringdichtung zu empfangen. Die Auswerteeinheit ist dabei eingerichtet, die erfassten Größen der Messeinheit in Verbindung mit den empfangenen Größen der Steuereinheit zu verarbeiten, um eine Aussage über einen Verschleißzustand der Gleitringdichtungsanordnung zu machen. Weiter bevorzugt ist die Auswerteeinheit eingerichtet, die durch die Messeinheit erfassten Messgrößen zur Steuereinheit der Maschine zu übertragen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Schnittansicht einer Maschine mit einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
2 eine schematische Schnittansicht einer Maschine mit einer Gleitringdichtungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 1 eine Maschine 100 mit einer erfindungsgemäßen Gleitringdichtungsanordnung 1 im Detail beschrieben.
Die Maschine 100 ist ein Verdichter mit Verdichterschaufeln 101, wobei die Gleitringdichtungsanordnung 1 einen Produktbereich 20 von einem Atmosphärenbereich 21 an einer rotierenden Welle 22 abdichtet.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst die Gleitringdichtungsanordnung 1 eine Gleitringdichtung 2 mit einem rotierenden Gleitring 3 und einem stationären Gleitring 4. Zwischen einer Gleitfläche 3a des rotierenden Gleitrings 3 und einer Gleitfläche 4a des stationären Gleitrings 4 ist ein Dichtspalt 5 definiert.
Der rotierende Gleitring 3 ist hierbei mittels eines Gleitringträgers 30 mit der rotierenden Welle 22 verbunden und dreht sich mit dieser.
Der stationäre Gleitring 4 ist an einem Gehäuse 10 angeordnet und axial beweglich vorgesehen. Hierbei ist eine Vorspanneinrichtung 8, welche über einen Druckring 9 an einer Rückseite 4b des stationären Gleitrings 4 angreift, vorgesehen, so dass der stationäre Gleitring 4 in Axialrichtung X-X der Gleitringdichtung 2 gegen den rotierenden Gleitring 3 vorgespannt ist.
Zur Vermeidung eines Mitdrehens des stationären Gleitrings 4 mit dem rotierenden Gleitring 3 im Betrieb ist eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 41 vorgesehen. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 41 umfasst einen Stift 42 und eine Kappe 43. Die Kappe 43 ist aus einem elektrisch nichtleitenden Material, vorzugsweise PEEK, hergestellt. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 41 ist dabei in einer Nut 40, welche an einem Außenumfang des stationären Gleitrings 4 vorgesehen ist, angeordnet. Das andere freie Ende des Stiftes 42 der Drehmomentübertragungsvorrichtung 41 ist im Gehäuse 10 fixiert. Es sei angemerkt, dass entlang des Umfangs des stationären Gleitrings 4 mehrere derartige Stifte in entsprechend gebildeten Nuten im stationären Gleitring angeordnet sind, um ein Mitdrehen des stationären Gleitrings 4 im Betrieb der Maschine zu verhindern.
Der rotierende Gleitring 3 und der stationäre Gleitring 4 sind jeweils aus elektrisch leitfähigen Materialen hergestellt. Vorzugsweise sind die Gleitringe aus einer elektrisch leitfähigen Keramik, hergestellt.
Weiterhin ist eine elektrische Isolationseinrichtung vorgesehen, welche den stationären Gleitring 4 insbesondere gegenüber dem rotierenden Gleitring 3 elektrisch isoliert. Die elektrische Isolationsvorrichtung umfasst dabei eine erste elektrisch nicht leitfähige Beschichtung 13 an der Gleitfläche des rotierenden Gleitrings 3 und eine zweite elektrisch nicht leitfähige Beschichtung 14 an der Gleitfläche des stationären Gleitrings 4. Die beiden elektrisch nicht leitfähigen Beschichtungen sind vorzugsweise elektrisch nichtleitende DLC-Beschichtungen.
Wie weiter aus 1 ersichtlich ist, umfasst die elektrische Isolationseinrichtung ferner eine dritte elektrisch nicht leitfähige Beschichtung 11 an einem Boden der Nut 40, in welcher die Drehmomentübertragungsvorrichtung 41 angeordnet ist.
Eine vierte elektrisch nicht leitfähige Beschichtung 12 ist an einem hülsenartigen Vorsprung 10a des Gehäuses 10 vorgesehen.
Somit ist der stationäre Gleitring 4 elektrisch gegenüber allen angrenzenden Bauteilen durch die elektrisch nichtleitenden Beschichtungen 13, 14, 11 und 12 elektrisch isoliert. Der Druckring 9 ist dabei ebenfalls aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material hergestellt.
Die Gleitringdichtungsanordnung 1 umfasst ferner eine Überwachungseinrichtung 6. Die Überwachungseinrichtung 6 weist einen elektrischen Stromkreis 7, eine Messeinheit 60 und eine Auswerteeinheit 61 auf.
Der elektrische Stromkreis 7 umfasst eine Spannungsquelle 70, eine erste Leitung 71, welche die Spannungsquelle 70 elektrisch mit dem stationären Gleitring 4 verbindet, eine zweite Leitung 72, welche die Welle 22 elektrisch mit der Spannungsquelle 70 verbindet und einen Kondensator 73.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die erste Leitung 71, welche elektrisch isoliert ist, durch das Gehäuse 10 bis in eine von der Rückseite 4b im stationären Gleitring ausgebildete Öffnung in einen Innenbereich des stationären Gleitrings 4 geführt. Somit kann eine sichere elektrische Kontaktierung des stationären Gleitrings 4 durch die erste Leitung 71, welche dann selbstverständlich im stationären Gleitring 4 nicht mehr elektrisch isoliert ist, ermöglicht werden.
Ausgehend vom rotierenden Gleitring 3 führt der elektrische Stromkreis 7 dann über den Gleitringträger 30, die Welle 22, welche aus einem Metall hergestellt ist und ebenfalls elektrisch leitfähig ist und der zweiten Leitung 72, zurück zur Spannungsquelle 70.
Der Kondensator 73 ist als Plattenkondensator ausgebildet, wobei der Plattenkondensator ausschließlich durch den rotierenden Gleitring 3 und den stationären Gleitring 4, welche aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sind, ausgebildet ist. Im Betrieb der Maschine, wenn sich der Dichtspalt 5 zwischen dem rotierenden Gleitring 3 und dem stationären Gleitring 4 ausbildet, bildet ein Sperrfluid, welches sich im Dichtspalt 5 befindet, ein Dielektrikum des Plattenkondensators. Dadurch sind der elektrisch leitfähige rotierende Gleitring 3 und der elektrisch leitfähige stationäre Gleitring 4 elektrisch voneinander getrennt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Dielektrikum Luft. Im Stillstand der Maschine 100 wird durch die Vorspanneinrichtung 8 der stationäre Gleitring 4 in Richtung auf den rotierenden Gleitring 3 vorgespannt, so dass sich die Gleitflächen 3a, 4a der beiden Gleitringe berühren.
Da die Gleitflächen 3a, 4a der Gleitringe die erste und zweite elektrisch nicht leitfähige Beschichtung 13, 14 aufweisen, ist auch im Stillstand der Gleitringdichtung bei einem Kontakt der Gleitringe der elektrische Stromkreis 7 nicht geschlossen.
Die Messeinheit 60 ist nun eingerichtet, Änderungen von elektrischen Größen des Stromkreises 7 zu erfassen. Wenn beispielsweise ein Verschleiß an den Gleitflächen 3a, 4a vorhanden ist, ändert sich üblicherweise eine Dichtspalthöhe des Dichtspalts 5 in Axialrichtung X-X. Dadurch ändert sich eine Kapazität des durch die Gleitringe ausgebildeten Kondensators 73, was entsprechend von der Messeinheit 60 erfasst werden kann. Insbesondere ist bei einem Verschleiß an den Gleitflächen 3a, 4a auch im Stillstand der Stromkreis 7 elektrisch geschlossen, da dann der elektrisch leitfähige stationäre Gleitring 4 direkt den rotierenden Gleitring 3 berührt.
In gleicher Weise führt auch ein Verschleiß der dritten elektrischen nicht leitfähigen Beschichtung 11 und der Kappe 43 der Drehmomentübertragungsvorrichtung 41 zu einem elektrischen Kontakt zwischen dem stationären Gleitring 4 und dem Gehäuse 10. Dies kann durch die Messeinheit 60 ebenfalls erfasst werden.
Durch Axialbewegungen des stationären Gleitrings 4 im Betrieb kann zusätzlich auch ein Verschleiß an der vierten elektrisch nicht leitfähigen Beschichtung 12 zwischen dem stationären Gleitring 4 und dem hülsenartigen Vorsprung 10a des Gehäuses 10 auftreten, so dass ebenfalls ein elektrischer Kontakt zwischen dem Gleitring 4 und dem Gehäuse 10 vorhanden ist, was durch die Messeinheit 60 erfassbar ist.
Die erfassten elektrischen Messgrößen werden der Auswerteeinheit 61 zugeführt, welche dann ein Vergleich mit beispielsweise vorhergehenden Messgrößen, die durch die Messeinheit 60 erfasst wurden, ausführen kann und/oder auch einen Vergleich mit vorgegebenen Vergleichsgrößen ausführen kann. Abhängig vom Vergleich kann dann beispielsweise eine Warnmeldung bei erkanntem Verschleiß an den Gleitflächen ausgegeben werden. Hierdurch ist es möglich, dass schon weit vor einem vollständigen Verschleiß der ersten und zweiten Beschichtungen 13, 14 an den Gleitflächen 3a, 4a erkannt wird, dass ein Austausch der Gleitringe aufgrund verschlissener Beschichtung notwendig ist.
Die Auswerteeinheit 60 ist ferner mit einer Steuereinheit 102 der Maschine 100 verbunden. Hierdurch kann ein Datenaustausch mit der Auswerteeinheit 61 und der Steuereinheit 102 erfolgen. Beispielsweise kann bei Erkennen eines Verschleißes an den Gleitflächen die Steuereinheit 102 derart eingerichtet sein, dass entsprechende Anpassung von Betriebsparametern der Maschine 100, beispielsweise eine Reduzierung einer Drehzahl, ausgeführt werden, um eine vollständige Beschädigung der Gleitringdichtung 2 zu verhindern. Gegebenenfalls kann auch ein vollständiger Stillstand der Maschine 100 angeordnet werden.
Durch die Verbindung zwischen der Steuereinheit 102 und der Auswerteeinheit 61 kann die Steuereinheit 102 der Auswerteeinheit 61 auch Betriebsdaten, beispielsweise Drehzahl der Welle 22, Temperatur des Mediums im Produktbereich 20, Druck im Produktbereich 20 und/oder eine Gesamtlaufzeit der Maschine 100 übertragen werden, wobei die Auswerteeinheit 61 dann eine Auswertung basierend auf den erfassten elektrischen Größen und den Betriebsgrößen, die durch die Steuereinheit 102 zugeführt wurden, ausführen kann.
Somit kann erfindungsgemäße eine einfach aufgebaute Überwachungseinrichtung 6 realisiert werden, welche Aussagen über einen Verschleißzustand der Gleitringdichtungsanordnung 1 ermöglicht. Die Überwachungseinrichtung 6 ist dabei extrem robust, so dass die Überwachungseinrichtung 6 insbesondere auch bei Gleitringdichtungsanordnungen 1 verwendet werden kann, welche unter extremen Bedingungen eine Dichtungsaufgabe erfüllen müssen. Insbesondere kann auf empfindliche Messgeräte verzichtet werden. Die Messeinheit 60 und die Auswerteeinheit 61 können entfernt vom Produktbereich 20 angeordnet werden und können beispielsweise in entsprechenden Schutzgehäusen oder dgl. angeordnet werden. Weiterhin ist es möglich, dass bewährte Baueinheiten von Gleitringdichtungsanordnungen ohne Änderung übernommen werden können, insbesondere die Drehmomentübertragungsvorrichtung 41 und die Vorspanneinrichtung.
2 zeigt eine Maschine 100 und eine Gleitringdichtungsanordnung 1 gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gleiche bzw. funktional gleiche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Wie aus 2 ersichtlich ist, ist beim zweiten Ausführungsbeispiel der stationäre Gleitring 4 derart ausgebildet, dass an allen Außenflächen des stationären Gleitrings 4 eine Beschichtung 15 ausgebildet ist. Die Beschichtung 15 ist wieder aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material hergestellt und bildet die elektrische Isolationseinrichtung. Die Beschichtung 15 ist somit an der Gleitfläche 4a des stationären Gleitrings, an der Rückseite 4b, an einer inneren Umfangsseite und an einer äußeren Umfangsseite vorgesehen. Somit ist der stationäre Gleitring 4 durch die Beschichtung 15 vollständig elektrisch isoliert. Im Betrieb kann dann bei einem Verschleiß der Beschichtung 15, insbesondere an der Gleitfläche 4, wie im ersten Ausführungsbeispiel auf Verschleiß geschlossen werden, wenn der elektrische Stromkreis geschlossen ist. Auch kann bei einem Verschleiß am inneren Umfang bzw. am äußeren Umfang dieser erfasst werden, da dann gegebenenfalls ein Kurzschluss über das Gehäuse 10 auftritt. Die elektrisch nicht leitfähige Beschichtung 15 kann dabei in einem Schritt auf den stationären Gleitring 4 aufgebracht werden, so dass die Überwachungseinrichtung 6 besonders kostengünstig bereitgestellt werden kann.
Durch die vollständige elektrische Rundum-Isolierung des stationären Gleitrings 4 müssen keine anderen elektrischen Isolationen an der Gleitringdichtungsanordnung 1 vorgesehen werden. Dadurch können bewährte Bauteile der Gleitringdichtungsanordnung 1 ohne Änderung verwendet werden. Ansonsten entspricht das zweite Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, so dass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Gleitringdichtungsanordnung
2: Gleitringdichtung
3: rotierender Gleitring
3a: Gleitfläche des rotierenden Gleitrings
4: stationärer Gleitring
4a: Gleitfläche des stationären Gleitrings
4b: Rückseite des stationären Gleitrings
5: Dichtspalt
6: Überwachungseinrichtung
7: elektrischer Stromkreis
8: Vorspanneinrichtung
9: Druckring
10: Gehäuse
10a: hülsenartiger Vorsprung des Gehäuses
11: dritte elektrisch nicht leitfähige Beschichtung
12: vierte elektrisch nicht leitfähige Beschichtung
13: erste elektrisch nicht leitfähige Beschichtung
14: zweite elektrisch nicht leitfähige Beschichtung
15: elektrisch nicht leitfähige Beschichtung an allen Außenflächen des stationären Gleitrings
20: Produktbereich
21: Atmosphärenbereich
22: Welle
30: Gleitringträger
40: Nut
41: Drehmomentübertragungsvorrichtung
42: Stift
43: Kappe
60: Messeinheit
61: Auswerteeinheit
70: Spannungsquelle
71: erste Leitung
72: zweite Leitung
73: Kondensator
100: Maschine
101: Verdichterschaufel
102: Steuereinheit der Maschine
X-X: Axialrichtung

Claims

Gleitringdichtungsanordnung, eingerichtet zur Abdichtung an einem rotierenden Bauteil (22), umfassend: - eine Gleitringdichtung (2) mit einem rotierenden Gleitring (3) mit einer Gleitfläche (3a) und einem stationären Gleitring (4) mit einer Gleitfläche (4a), welche zwischen den Gleitflächen (3a, 4a) einen Dichtspalt (5) definieren, - wobei der rotierende Gleitring (3) und der stationäre Gleitring (4) aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sind, - wobei der rotierende Gleitring (3) elektrisch mit dem rotierenden Bauteil (22) verbunden ist, - eine Drehmomentübertragungsvorrichtung (41), welche am stationären Gleitring (4) angeordnet ist und eingerichtet ist, ein Mitdrehen des stationären Gleitrings (4) mit dem rotierenden Gleitring (3) im Betrieb zu verhindern, - eine elektrische Isolationseinrichtung, welche am stationären Gleitring (4) und/oder an einem mit dem stationären Gleitring (4) verbundenen Bauteil angeordnet ist, und - eine Überwachungseinrichtung (6) mit einem elektrischen Stromkreis (7), einer Messeinheit (60) und einer Auswerteeinheit (61), - wobei der elektrische Stromkreis (7) eine erste Leitung (71), welche den stationären Gleitring (4) elektrisch mit einer Spannungsquelle (70) verbindet, eine zweite Leitung (72), welche das rotierende Bauteil (22) elektrisch mit der Spannungsquelle (70) verbindet, und einen Kondensator (73) umfasst, - wobei der Kondensator (73) als Plattenkondensator ausgebildet ist, wobei der Plattenkondensator durch den rotierenden Gleitring (3) und den stationären Gleitring (4) ausgebildet ist, - wobei die Messeinheit (60) eingerichtet ist, Änderungen von elektrischen Größen des elektrischen Stromkreises (7) zu erfassen, - wobei die Auswerteeinheit (61) eingerichtet ist, eine Auswertung der durch die Messeinheit (60) erfassten elektrischen Größen auszuführen, und - wobei die Auswerteeinheit (61) eingerichtet ist, einen Verschleiß an den Gleitflächen (3a, 4a) der Gleitringe (3, 4) und/oder der Drehmomentübertragungsvorrichtung (41) zu bestimmen, wenn elektrische Größen des elektrischen Stromkreises (7) eine Änderung erfahren.
Gleitringdichtungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die elektrische Isolationseinrichtung eine elektrisch isolierende Beschichtung (13, 14, 15) an wenigstens einer der Gleitflächen (3a, 4a) der Gleitringe (3, 4) umfasst.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Isolationseinrichtung eine elektrisch isolierende Beschichtung an einem Kontaktbereich zwischen dem stationären Gleitring (4) und der Drehmomentübertragungsvorrichtung (41) umfasst und/oder wobei die elektrische Isolationseinrichtung eine isolierende Beschichtung an einem Kontaktbereich zwischen dem stationären Gleitring (4) und einem Gehäuse umfasst.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehmomentübertragungsvorrichtung (41) einen Stift (42) und eine elektrisch isolierende Kappe (43) umfasst, welche über einem Ende des Stiftes (42) angeordnet ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die elektrisch isolierende Beschichtung eine elektrisch isolierende DLC-Beschichtung ist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Vorspanneinrichtung (8) und einen Druckring (9), welche an einer Rückseite (4b) des stationären Gleitrings (4) angeordnet sind, wobei die Vorspanneinrichtung (8) den stationären Gleitring (4) in Axialrichtung (X-X) vorspannt, und wobei der Druckring (9) aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist, um die Vorspanneinrichtung (8) gegenüber dem stationären Gleitring (4) elektrisch zu isolieren.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der stationäre Gleitring (4) vollständig an allen Außenflächen eine elektrisch isolierende Beschichtung (15) aufweist.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (61) ferner eingerichtet ist, durch einen Vergleich der von der Messeinheit (60) erfassten elektrischen Messgrößen mit Vergleichsgrößen Abweichungen festzustellen.
Gleitringdichtungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (61) ferner eingerichtet ist, anhand der erfassten elektrischen Messgrößen der Messeinheit (60) im Betrieb eine Höhe des Dichtspalts (5) in Axialrichtung (X-X) zu bestimmen.
Maschine umfassend - ein rotierendes Bauteil (22), - eine Gleitringdichtungsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und - eine Steuereinheit (102), wobei die Steuereinheit (102) zur Steuerung der Maschine eingerichtet ist, und - wobei die Auswerteeinheit (61) eingerichtet ist, Betriebsgrößen der elektrischen Maschine zu erhalten und in Verbindung mit den elektrischen Messgrößen der Messeinheit (60) eine Überwachung der Gleitringdichtungsanordnung (1) auszuführen.
Maschine nach Anspruch 10, wobei die Auswerteeinheit (61) eingerichtet ist, Vergleichsergebnisse an die Steuereinheit (102) der Maschine zu übertragen und die Steuereinheit (102) eingerichtet ist, basierend auf den Vergleichsergebnissen Betriebsgrößen der Maschine (100) zu ändern.
Maschine nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Betriebsgrößen der Maschine eine Temperatur des abzudichtenden Produkts, ein Druck des abzudichtenden Produkts und/oder eine Drehzahl des rotierenden Bauteils (22) ist.