DE10305110B3 - Determining at least one state parameter of sealing system involves measuring real and/or imaginary parts of complex dielectric function of dielectric element, preferably at frequency above 10-2 Hz - Google Patents

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Abstract

The method involves measuring the real and/or imaginary parts of the complex dielectric function of the dielectric element (24), preferably at at least one frequency of greater than 10 ->2 Hz. The at least one frequency can lie in the range of 0.1 to 10 MHz, preferably in the range from 100 Hz to 100 kHz. A characteristic frequency profile of the real and/or imaginary part can be determined. An independent claim is also included for the following: (a) a sealing system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung wenigstens eines Zustandsparameters eines Dichtungssystems mit wenigstens einem dielektrischen Element, welches dielektrisches Material enthält, sowie ein Dichtungssystem.The invention relates to a method to determine at least one state parameter of a sealing system with at least one dielectric element, which dielectric Contains material, as well as a sealing system.

Dichtungssysteme werden in den verschiedenartigsten Anwendungen zur Abdichtung zweier Räume gegeneinander (beispielsweise Abdichtung eines Behälters oder einer Rohrleitung nach außen hin) eingesetzt, wobei das Dichtungssystem einen Übertritt von Fluid (gasförmig oder flüssig) von dem einen Raum in den anderen verhindern soll.Sealing systems are in the most varied Applications for sealing two rooms against each other (for example Sealing a container or a pipeline to the outside) used, the sealing system a transfer of fluid (gaseous or liquid) prevent one room from entering the other.

An die Zuverlässigkeit derartiger Dichtungssysteme werden oft extrem hohe Anforderungen gestellt, so im chemischen Anlagenbau oder in Kernkraftwerken. Dabei ist die zuverlässige Abdichtung nicht nur unmittelbar nach dem Einbau sondern auch über möglichst lange Betriebszeiträume von großer Bedeutung. Die Dichtungselemente können hohen Drücken ausgesetzt sein, die noch dazu schwanken können, wobei Temperaturbelastungen hinzu kommen können. Auch kann es unter der Einwirkung des abzudichtenden Fluids zu Veränderungen von Struktur und chemischer Zusammensetzung des Dichtungsmaterials kommen. Diese Einflüsse führen generell zu einer Beinträchtigung der Abdichtfunktion des Dichtungsmaterials, was man auch als erzwungene Alterung bezeichnen kann, die zur natürlichen Alterung des Dichtungsmaterials hinzu kommt. Da man bislang die Alterung des Dichtungsmaterials praktisch nicht erfassen konnte, müssen die Dichtungselemente zumindest bei Anlagen mit hohen Anforderungen an die Dichtungszuverlässigkeit in relativ kurzen Abständen ausgewechselt werden. Da die Anlage während des Dichtungsaustausches still steht, ergeben sich zum Teil beträchtliche Ausfallskosten.The reliability of such sealing systems extremely high demands are often made, for example in the chemical industry Plant construction or in nuclear power plants. The reliable seal is not only immediately after installation but also over the longest possible operating periods of great importance. The sealing elements can high pressures may be exposed to fluctuations, taking temperature loads can add. There may also be changes under the influence of the fluid to be sealed of the structure and chemical composition of the sealing material come. These influences to lead generally to an impairment the sealing function of the sealing material, which is also called forced Aging can refer to the natural aging of the sealing material come in addition. Since the aging of the sealing material has so far been practical couldn't capture the sealing elements at least in systems with high requirements the seal reliability replaced at relatively short intervals become. Since the plant during of the seal exchange stops, there are sometimes considerable Downtime costs.

Verfahren zur Überwachung von Dichtungssystemen sind bekannt. So beschreibt die DE 30 06 656 A1 eine Flachdichtung, die zwischen zwei Flanschen angeordnet ist und gleichzeitig eine Druckgeber-Funktion hat. Zwischen zwei Elektrodenschichten ist ein Dielektrikum angeordnet. Die Elektroden sind an eine Meßeinrichtung angeschlossen. Werden die Flansche zur Herstellung der Dichtfunktion aufeinander zu bewegt, so führt die resultierende Volumendeformation des Dielektriums zu elektrostatischen Oberflächenladungen, die von den Elektroden abgeleitet werden und, nach Verstärkung durch einen Verstärker, ein dem Dichtungsdruck entsprechendes Signal liefern.Methods for monitoring sealing systems are known. So describes the DE 30 06 656 A1 a flat gasket, which is arranged between two flanges and at the same time has a pressure transmitter function. A dielectric is arranged between two electrode layers. The electrodes are connected to a measuring device. If the flanges are moved towards one another to produce the sealing function, the resulting volume deformation of the dielectric leads to electrostatic surface charges which are derived from the electrodes and, after amplification by an amplifier, deliver a signal corresponding to the sealing pressure.

Aus der DE 41 01 871 A1 ist ein Dichtungssystem bekannt, bei welchem in das Dichtungselement eine Sensorfolie eingebaut ist, die aus einer flexiblen piezoelektrischen Schicht zwischen zwei Schutzfolien besteht. An Hand der piezoelektrischen Spannung lässt sich der mechanische Spannungszustand innerhalb des Dichtungselements feststellen, und zwar auch über längere Betriebszeiten. Aus einer Abnahme des so gemessenen Dichtungsdrucks wird auf den Grad der Alterung des Dichtungsmaterials geschlossen, was jedoch voraussetzt, dass die auf die Flansche wirkende Spannkraft unverändert geblieben ist. In dieser Druckschrift wird es ausdrücklich abgelehnt, den Dichtungsdruck dadurch zu erfassen, dass man die Kapazitätsänderungen von unter Druck gesetzten Kondensatoren mit elastisch verformbaren Dielektrika nutzt, und zwar deshalb, weil die Forderung nach elastischer Verformung der nach viskoelastischem Fließverhalten beim Dichtungsprinzip entgegen steht. Der auf die plastische Verformung und damit den Dichtungsdruck zurückzuführende Anteil an der Kapazitätsänderung wird also in generell nicht vorbekanntem Maße überlagert von der auf das viskoelastische Fließen zurückzuführenden Kapazitätsänderung. Die Meßgenauigkeit würde insbesondere bei kleineren Dichtungen in starkem Maße eingeschränkt.From the DE 41 01 871 A1 a sealing system is known in which a sensor film is built into the sealing element and consists of a flexible piezoelectric layer between two protective films. The mechanical stress state within the sealing element can be determined on the basis of the piezoelectric voltage, even over longer operating times. The degree of aging of the sealing material is deduced from a decrease in the sealing pressure measured in this way, but this presupposes that the tension force acting on the flanges has remained unchanged. In this publication, it is expressly refused to record the sealing pressure by using the capacitance changes of pressurized capacitors with elastically deformable dielectrics, because the requirement for elastic deformation opposes the viscoelastic flow behavior of the sealing principle. The portion of the change in capacity that is attributable to the plastic deformation and thus the sealing pressure is therefore generally not superimposed by the change in capacity due to the viscoelastic flow. The measurement accuracy would be severely restricted, particularly in the case of smaller seals.

Zur Überwachung der Dichtheit von Rohrleitungen ist es bekannt ( DE 34 41 924 A1 ) diese mit einem Leckanzeige-Kabel zu umwickeln. Dieses weist ein poröses PTFE-Band als Detektorschicht zwischen zwei Elektrodenschichten auf, wobei aus einer Kapazitätsänderung dieser Anordnung auf ein Eindringen von Leck-Flüssigkeit geschlossen wird.It is known to monitor the tightness of pipelines ( DE 34 41 924 A1 ) to wrap them with a leak detection cable. This has a porous PTFE tape as a detector layer between two electrode layers, a change in capacity of this arrangement being used to infer leakage liquid.

Aus der DE 41 39 622 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung von elektromagnetischem Impedanzen im Frequenzbereich zwischen 0 Hz und 10 GHz bekannt, mit welchem sich dielektrische und magnetische Materialparameter bestimmen lassen.From the DE 41 39 622 A1 a method for determining electromagnetic impedances in the frequency range between 0 Hz and 10 GHz is known, with which dielectric and magnetic material parameters can be determined.

Aus der EP 0 841 516 A1 ist ein Verfahren zur Feststellung von Undichtigkeiten eines Dichtungssystems mit wenigstens einem Dichtungselement und wenigstens einem dielektrischen Element bekannt, bei welchem eine Änderung der resonanten Schwingungen eines Parailelschwingkreises in Folge einer Änderung der Dielektrizitätskonstante im Bereich des Dichtungssystems nachgewiesen wird.From the EP 0 841 516 A1 A method for detecting leaks in a sealing system with at least one sealing element and at least one dielectric element is known, in which a change in the resonant vibrations of a parallel resonant circuit as a result of a change in the dielectric constant in the region of the sealing system is detected.

In der US 5,072,190 A ist im Zusammenhang mit einem Drucksensorgehäuse dargestellt, wie unter anderem die Dichtheit des Drucksensorgehäuses durch Überwachung der elektrischen Eigenschaften einer in das Gehäuse eingefüllten Druckübertragungsflüssigkeit überprüft wird (siehe 2 mit dazugehöriger Beschreibung). Als Beispiele für die zu überwachenden elektrischen Eigenschaften der Druckübertragungsflüssigkeit ist hier der elektrische Widerstand oder die Leitfähigkeit genannt.In the US 5,072,190 A is shown in connection with a pressure sensor housing how, among other things, the tightness of the pressure sensor housing is checked by monitoring the electrical properties of a pressure transmission fluid filled into the housing (see 2 with associated description). Electrical resistance or conductivity is mentioned here as examples of the electrical properties of the pressure transmission fluid to be monitored.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Feststellung wenigstens eines Zustandsparameters eines Dichtungssystems bereitzustellen, welches zuverlässige Aussagen über einen Zustand des Dichtungssystems erlaubt.The invention has for its object to provide a method for determining at least one state parameter of a sealing system, which provides reliable information about a Condition of the sealing system allowed.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is due to the characteristics of claim 1 solved.

Es wurde erkannt, dass die meßtechnische Erfassung der dielektrischen Funktion eine Fülle von Informationen über den inneren Zustand des Dichtungssystems bereitstellen kann. So kann die dielektrische Funktion über einen extrem weiten Frequenzbereich von 10–6 bis 107 Hz meßtechnisch erfasst werden, wobei der Realteil und der Imaginärteil der dielektrischen Funktion unterschiedliche Aussagen über den Zustand des Dielektrikums erlauben. Eine Übersicht über einsetzbare Meßverfahren findet sich im Lehrbuch "Broadband dielectric spectrosopy" F. Kremer, A. Schönhafs, (Eds.) Springer Verlag, Berlin 2002 in Kapitel 2 "Broadband dielectric measurement techniques".It was recognized that the measurement of the dielectric function by measurement technology can provide a wealth of information about the internal state of the sealing system. In this way, the dielectric function can be measured using an extremely wide frequency range from 10 -6 to 10 7 Hz, the real part and the imaginary part of the dielectric function allowing different statements to be made about the state of the dielectric. An overview of measurement methods that can be used can be found in the textbook "Broadband dielectric spectrosopy" by F. Kremer, A. Schönhafs, (Eds.) Springer Verlag, Berlin 2002 in Chapter 2 "Broadband dielectric measurement techniques".

In Abhängigkeit vorn verwendeten dielektrischen Material lassen sich Aussagen über den inneren mechanischen Spannungszustand des dielektrischen Materials machen, so dass man beispielsweise eine schiefe Einbaulage des Dichtungssystems über mehrere umfangsverteilte dielektrische Elemente feststellen kann. Auch über den inneren strukturellen und molekularen Aufbau des dielektrischen Elements, der auch vom Alterungszustand des dielektrischen Materials abhängt, lassen sich Aussagen treffen. Sofern als dielektrisches Material für das dielektrische Element das gleiche verwendet wird, wie für das Dichtungselement selbst, kann somit der Alterungszustand des Dichtungselements erfasst werden.Depending on the dielectric used Material can be statements about the internal mechanical stress state of the dielectric material make, for example, an inclined installation of the sealing system over several can determine circumferentially distributed dielectric elements. Also about the internal structural and molecular structure of the dielectric Element that also depends on the aging condition of the dielectric material depends statements can be made. Provided as a dielectric material for the dielectric element is used the same as for the sealing element itself, the aging condition of the sealing element can thus be detected become.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Dichtheit des Dichtungssystems unmittelbar zu überwachen, und zwar dadurch, dass man ein solches dielektrisches Material für das dielektrische Element einsetzt, welches bei Kontakt mit dem abzudichtenden Fluid seine dielektrischen Eigenschaften ändert. Bevorzugt wird ein dementsprechend poröses dielektrisches Material eingesetzt mit hoher Kapillarität für das verwendete Fluid.There is also the possibility directly monitor the tightness of the sealing system, by making such a dielectric material for the dielectric Element used, which in contact with the fluid to be sealed changes its dielectric properties. Accordingly, one is preferred porous dielectric material used with high capillarity for the used Fluid.

Je nach verwendetem dielektrischen Material legt man den Frequenzbereich für die Messung der dielektrischen Funktion fest, d.h. so, dass für den interessierenden Zustandsparameter größte Empfindlichkeit des Realteils und/oder des Imaginärteils der dielektrischen Funktion gegeben ist. Generell liegt die Frequenz in einem Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 10 MHz, vorzugsweise zwischen 100 Hz und 100 kHz. Bei niedrigeren Frequenzen ergeben sich Probleme durch das Auftreten von ionischem Ladungsträgertransport. Höhere Frequenzen sind zwar prinzipiell messbar, jedoch mit einer anderen Art der Energieeinkopplung.Depending on the dielectric used Material one sets the frequency range for the measurement of the dielectric Function fixed, i.e. so that for the state parameter of interest greatest sensitivity of the real part and / or the imaginary part the dielectric function is given. Generally the frequency lies in a frequency range from 0.1 Hz to 10 MHz, preferably between 100 Hz and 100 kHz. Problems arise at lower frequencies due to the occurrence of ionic charge carrier transport. Higher frequencies are measurable in principle, but with a different type of Energy coupling.

Erfindungsgemäß ermittelt man einen charakteristischen Frequenzverlauf des Realteils und/oder des Imaginärteils der dielektrischen Funktion. In vielen Fällen wird man durch Vorabmessungen mit dem vorgesehenen dielektrischen Material feststellen, welcher Frequenzbereich für den Frequenzverlauf des Realteils bzw. für den Frequenzverlauf des Imaginärteils am empfindlichsten auf Änderungen des interessierenden Zustandsparameters reagiert. Generell ist die komplexe dielektrische Funktion durch Ladungstransporte und durch molekulare Relaxationsprozesse bestimmt. Der Ladungstransporte über Ionen zeigt sich in einem Anstieg des Realteils (auch ϵ' genannt) und des Imaginärteils (auch ϵ'' genannt) bei abnehmender Frequenz. Molekulare Relaxationsprozesse dagegen zeigen sich in einem Peak in ϵ'' und in einer Stufe in ϵ' (siehe auch beispielsweise Kohlrausch "Praktische Physik" b.g. Täubner Verlag Stuttgart, 1985, Band II, Seite 866, 10. 115 am Beispiel von vulkanisiertem Hartgummi).According to the invention, a characteristic frequency curve of the real part and / or the imaginary part of the dielectric function is determined. In many cases, preliminary measurements with the dielectric material provided will determine which frequency range is most sensitive to changes in the state parameter of interest for the frequency profile of the real part or for the frequency profile of the imaginary part. In general, the complex dielectric function is determined by charge transport and by molecular relaxation processes. The charge transport via ions is shown by an increase in the real part (also called ϵ ') and the imaginary part (also called ϵ'') with decreasing frequency. Molecular relaxation processes, on the other hand, show up in a peak in ϵ '' and in a step in siehe '(see also, for example, Kohlrausch "Practical Physics" bg Täubner Verlag Stuttgart, 1985, Volume II, page 866, 10 , 115 using the example of vulcanized hard rubber).

Man wird daher zweckmäßigerweise je nach verwendetem dielektrischen Material Formparameter des Frequenzverlaufs wie Absolutwert, Steigung oder Krümmung des Frequenzverlaufs bei einer vorgegebenen Frequenz wählen. Man kann aber auch die Frequenzlage oder die Amplitude eines charakteristischen Abschnitts des Frequenzverlaufs, wie z.B. einer Stufe oder eines Peaks, als Formparameter verwenden.One is therefore expedient Depending on the dielectric material used, shape parameters of the frequency response such as absolute value, slope or curvature of the frequency response dial at a given frequency. But you can also do that Frequency position or the amplitude of a characteristic section the frequency response, e.g. a step or a peak, as Use shape parameters.

Die Zuverlässigkeit der Feststellung eines Zustandsparameters wie beispielsweise der Alterung des Dichtungsmaterials des dielektrischen Systems, lässt sich durch Beobachtung mehrerer Formparameter deutlich erhöhen. Bei dielektrischem Material aus in Nitrilkautschuk eingebetteten Fasern aus aromatischem Polyamid (z.B. Aramidfasern) hat sich folgende Kombination bewährt: Erster Formparameter: Steigung des Realteils bei niedrigen Frequenzen, vorzugsweise < 100 Hz;
zweiter und dritter Formparameter: Absolutwerte des Realteils und des Imaginärteils bei hohen Frequenzen, vorzugsweise > 1 kHz. Bei einem dielektrischen Material, welches PTFE (Polytethraflurethylen) enthält, beispielsweise ein Material aus Aramidfasern imprägniert mit einer PTFE-Dispersion, hat sich als Formparameter der Absolutwert des Imaginärteils bei einer Frequenz zwischen 100 Hz und etwa 1 kHz, vorzugsweise von etwa 100 Hz bewährt.The reliability of the determination of a state parameter, such as the aging of the sealing material of the dielectric system, can be significantly increased by observing several shape parameters. The following combination has proven itself for dielectric material made from fibers of aromatic polyamide (eg aramid fibers) embedded in nitrile rubber: First shape parameter: slope of the real part at low frequencies, preferably <100 Hz;
second and third form parameters: absolute values of the real part and the imaginary part at high frequencies, preferably> 1 kHz. In the case of a dielectric material which contains PTFE (polytethraflurethylene), for example a material composed of aramid fibers impregnated with a PTFE dispersion, the absolute value of the imaginary part at a frequency between 100 Hz and approximately 1 kHz, preferably of approximately 100 Hz, has proven to be the shape parameter.

Für den Fall, dass der Frequenzverlauf von ϵ'' einen Peak aufweist, wie es bei dem angesprochenen Beispiel von vulkanisiertem Hartgummi der Fall ist, kann auch die unterhalb des Peaks gebildete Fläche (auch dielektrischer Verlust genannt) als Formparameter eingesetzt werden. Ein weiteres Beispiel für einen möglichen Formparameter ist der Quotient aus den Absolutwerten des Imaginärteils und des Realteils (auch Verlustfaktor tanδ mit δ = Verlustwinkel genannt).For the case that the frequency response of ϵ '' has a peak, as is the case with the mentioned example of vulcanized hard rubber is the case can also be the area formed below the peak (also dielectric loss called) are used as shape parameters. Another example of one potential Shape parameter is the quotient of the absolute values of the imaginary part and of the real part (also called loss factor tanδ with δ = loss angle).

Welcher Formparameter bzw. welche Kombination von Formparametern zweckmäßigerweise gewählt wird, ergibt sich aus Vorabmessungen an dem jeweiligen Material.Which shape parameter or which Combination of shape parameters is expediently chosen, results from preliminary dimensions of the respective material.

Bevorzugt werden an mehreren Stellen des Dichtungselements dielektrische Elemente vorgesehen, an denen man jeweils den Realteil und/oder den Imaginärteil der dielektrischen Funktion misst. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des Verfahrens, da jeweils mehrere Meßergebnisse zur Verfügung stehen. Falls ein dielektrisches Element ausfällt, kann der Zustand des Dichtungssystems auch anhand der übrigen dielektrischen Elemente festgestellt werden.Dielectric elements are preferably provided at several points on the sealing element, at each of which the real part and / or the Imaginary part of the dielectric function measures. This increases the reliability of the method, since several measurement results are available in each case. If one dielectric element fails, the state of the sealing system can also be determined using the other dielectric elements.

Darüberhinaus erhält man bei einer derartigen Anordnung mit mehreren über den Umfang des Dichtungselements verteilten dielektrischen Elementen die Möglichkeit, die korrekte Einbaulage des Dichtungssystems festzustellen. Bei schiefer Einbaulage werden die dielektrischen Elemente dementsprechend unterschiedlich zusammengedrückt, was sich auf die jeweilige komplexe dielektrische Funktion dementsprechend auswirkt. Wenn man also die an mehreren Stellen erhaltenen Meßergebnisse miteinander vergleicht und die Abweichungen der Meßergebnisse zueinander ein vorgegebenes Maß überschreiten, kann man auf eine schiefe Einbaulage des Dichtungssystems schließen. Dieses vorgegebene Maß wird man wiederum durch entsprechende Vergleichsmessungen vorab ermitteln. Zum Vergleich der Meßergebnisse wird bevorzugt jeweils ein materialspezifischer für mechanische Spannungsänderungen sensitiver Formparameter ermittelt. Ím bereits angesprochenen Beispiel mit dielektrischem Material aus Aramidfaser innerhalb einer PTFE Dispersion hatte sich als Formparameter der Absolutwert von e" bei etwa 100 Hz bewährt.Furthermore you get at such an arrangement with several over the circumference of the sealing element distributed dielectric elements the possibility of the correct installation position of the sealing system. If the installation is slanted the dielectric elements accordingly compressed differently, which is corresponding to the respective complex dielectric function effect. So if you take the measurement results obtained in several places compares with each other and the deviations of the measurement results each other exceed a predetermined dimension one can conclude that the sealing system is installed at an angle. This predetermined dimension is one again determines in advance by means of corresponding comparative measurements. For comparison of the measurement results a material-specific one for mechanical is preferred voltage changes sensitive shape parameters determined. Ím already mentioned Example with dielectric material made of aramid fiber within one PTFE dispersion had the absolute value of e "at around 100 Hz proven.

Um zu überprüfen, ob das aktuell eingebaute Dichtungselement funktionstüchtig ist, wird vorgeschlagen, dass man das aktuelle Meßergebnis an diesem Dichtungselement mit einer Vergleichsmessung an einem funktionstüchtigen Dichtungselement vergleicht und bei einer ein vorgegebenes Maß überschreitenden Abweichung oder bei Überschreitung bzw. Unterschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes auf ein nicht funktionstüchtiges aktuelles Dichtungselement schließt. Bei dem Zustandsparameter kann es sich hier um wenigstens einen der bereits genannten Zustandsparameter Dichtungsdruck, Alterung oder Dichtheit handeln. Als Vergleichsmessung kommt eine vorab am gleichen dielektrischen Material vorgenommene Messung in Frage, so dass überprüft werden kann, ob die für den Einbau bestimmte Dichtung neu oder bereits gealtert ist. In der Regel wird man jedoch als Vergleichsmessung die erste Messung nach erfolgter Montage nehmen und diese mit den bei der laufenden Überwachung des Dichtungssystem anfallenden Messungen vergleichen.To check whether the sealing element currently installed functional it is suggested that you get the current measurement result on this sealing element with a comparative measurement on one functional Sealing element compares and at a exceeding a predetermined dimension Deviation or if exceeded or Falling below a specified limit to a non-functional one current sealing element closes. With the state parameter it can be at least one of the state parameters already mentioned Act sealing pressure, aging or tightness. As a comparison measurement comes a pre-made on the same dielectric material Measurement in question, so be checked can whether for the installation of certain seals is new or has already aged. In As a rule, however, the first measurement is used as a comparison measurement after the installation has been completed, take this with the monitoring that is in progress Compare measurements of the sealing system.

Die Entscheidung, ob das aktuelle Dichtungselement noch funktionstüchtig ist oder nicht, erfolgt anhand des vorgegebenen Maßes für die noch zulässige Abweichung bzw. anhand des vorgegebenen Grenzwertes. Beide Werte können vorab anhand entsprechender Messungen nach Belastungstestmessung an dem verwendeten Dichtungssystems ermittelt werden. Im Falle des den Alterungszustand angebenden Zustandsparameterswirdmanzwischenzeitliche Probenerwärmungsschritte einschieben, um damit eine Alterung im "Zeitraffer" zu erhalten. Soll der Zustandsparameter die Dichtheit des Dichtungssystems angeben, so wird bevorzugt eine Belastungstestserie mit steigendem Fluiddruck vorgenommen, bis Undichtigkeit auftritt.The decision whether the current Sealing element still functional is or not, is based on the specified measure for the still permissible deviation or based on the specified limit. Both values can be in advance on the basis of appropriate measurements after stress test measurement on the used sealing system can be determined. In the case of the The state parameter indicating the aging state is now interim Sample heating steps insert in order to get an aging in the "time-lapse". Should the state parameter specify the tightness of the sealing system, then one is preferred Stress test series carried out with increasing fluid pressure until leakage occurs.

Das dielektrische Element kann das Dichtungselement selbst bilden oder Teil des Dichtungselements sein, wobei es zumindest im Falle eines die Dichtheit überwachenden porösen dielektrischen Elements denkbar ist, dieses unabhängig vom Dichtungselement an einer Stelle des Dichtungssystems anzuordnen, an der eine Leckage gut erfasst werden kann.The dielectric element can Form sealing element itself or be part of the sealing element, at least in the case of a porous dielectric element monitoring the tightness is conceivable, this is independent to be arranged by the sealing element at one point in the sealing system, where a leak can be recorded well.

Wenn man aber die Alterung des Materials des Dichtungselements selbst überwachen will, wird man als Material des dielektrischen Elements das des Dichtungselements verwenden.But if you look at the aging of the material Monitor the sealing element yourself wants, the material of the dielectric element is that of Use the sealing element.

Im Allgemeinen wird das Element von einer Kondensatoranordnung gebildet, aus zwei Elektrodenschichten und einer Mittelschicht aus denn dielektrischen Material. Das dielektrische Element selbst kann vergleichsweise klein sein mit einer Dicke von vorzugsweise 10 um und einer Fläche von 5 mm2. Bevorzugt werden die Dimensionen derart festgelegt, dass man eine Kapazität von 1– 1000 pF, am besten von etwa 100 pF wählt, da dies meßtechnisch von Vorteil ist.In general, the element is formed by a capacitor arrangement, consisting of two electrode layers and a middle layer made of the dielectric material. The dielectric element itself can be comparatively small with a thickness of preferably 10 μm and an area of 5 mm 2 . The dimensions are preferably determined in such a way that a capacitance of 1 to 1000 pF, preferably about 100 pF, is chosen, since this is advantageous in terms of measurement technology.

Die Erfindung betrifft auch ein Dichtungssystem mit wenigstens einem dielektrischen Element und einer Meß- und Auswerteeinheit gemäß Anspruch 25. Das Dichtungssystem ist bevorzugt mit wenigstens einem dielektrischen Element in Form eines Kondensatorelements aus einer Mittelschicht aus einem dielektnschen Material das beidseits mit einer Elektrodenschicht versehen, wobei die Mitelschicht vorzugsweise von einem porösen Material gebildet ist. Im letzteren Falle ist auch eine reine Kapazitätsmessung oder Leitfähigkeitsmessung zur Feststellung einer Undichtheit möglich.The invention also relates to a sealing system with at least one dielectric element and a measuring and evaluation unit according to claim 25. The sealing system is preferably with at least one dielectric Element in the form of a capacitor element from a middle layer a dielectric material on both sides with an electrode layer provided, wherein the middle layer is preferably formed from a porous material is. In the latter case there is also a pure capacity measurement or conductivity measurement possible to determine a leak.

Die Erfindung wird im folgenden an bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung erläutert.The invention is set out below preferred embodiments explained using the drawing.

Es zeigt:It shows:

1 einen vereinfachten Längsschnitt durch eine Rohr-Verbindung mit erfindungsgemäßem Dichtungssystem (geschnitten nach Linie I-I in 2); 1 a simplified longitudinal section through a pipe connection with the sealing system according to the invention (cut along line II in 2 );

2 einen Schnitt nach Linie II-II in 1; 2 a section along line II-II in 1 ;

3a und 3b den Frequenzverlauf von ϵ' bzw. ϵ'' eines dielektrischen Materials aus mit PTFE Dispersion imprägnierten Aramidfasern im Ausgangszustand sowie nach zwischenzeitlicher Erwärmung auf 25°, 50° und 75°C; 3a and 3b the frequency response of ϵ 'or ϵ''of a dielectric material made of aramid fibers impregnated with PTFE dispersion in the initial state and after intermediate heating to 25 °, 50 ° and 75 ° C;

4a und 4b den Frequenzverlauf von ϵ' bzw. ϵ'' am gleichen Material jedoch nach zwischenzeitlicher Erwärmung auf 100°C und 125°C; 4a and 4b the frequency response of ϵ 'or ϵ''on the same material, however, after intermediate heating to 100 ° C and 125 ° C;

5 eine zusammengesetzte Darstellung der aus den 3a bis 4b gewonnenen Erwärmungsabhängigkeit von ϵ' bei 100 Hz und der Temperaturabhängigkeit der gleichzeitig gemessenen Probendicke; 5 a composite representation of the from the 3a to 4b obtained heating dependence of ϵ 'at 100 Hz and the temperature dependence of the sample thickness measured at the same time;

6a und 6b die Flächendruckabhängigkeit von ϵ' bzw. ϵ'' bei 10 Hz des selben Probenmaterials nach zwischenzeitlicher Erwärmung auf 50°C; 6a and 6b the surface pressure dependency of ϵ 'or ϵ''at 10 Hz of the same sample material after intermediate heating to 50 ° C;

7a und 7b die Flächendruckabhängigkeit von ϵ' bzw. ϵ'' bei 1 Khz des selben Probenmaterials nach zwischenzeitlicher Erwärmung auf 50°C; 7a and 7b the surface pressure dependence of ϵ 'or ϵ''at 1 Khz of the same sample material after intermediate heating to 50 ° C;

8a und 8b die Flächendruckabhängigkeit von ϵ' bzw. ϵ'' bei 100 kHz des selben Probenmaterials nach zwischenzeitlicher Erwärmung auf 50°C; 8a and 8b the surface pressure dependence of ϵ 'or ϵ''at 100 kHz of the same sample material after intermediate heating to 50 ° C;

9 einen Schnitt ähnlich 1 jedoch mit porösem dielektrischem Material des dielektrischen Elements (Schnitt nach Linie IX-IX in 10); und 9 a cut similar 1 however with porous dielectric material of the dielectric element (section according to line IX-IX in 10 ); and

10 einen Schnitt nach Linie X-X in 9. 10 a section along line XX in 9 ,

In den 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßes Dichtungssystem 10 schematisch angedeutet. Es umfasst ein kreisringscheibenförmiges Dichtungselement 12, welches zwischen zwei Ring-Flansche 14 an den Stirnenden zweier Rohre 16 eingesetzt ist. Die Flansche 14 sind ebenso wie das Dichtungselement 12 mit beispielsweise vier Durchgängen versehen, die auf den Kreisumfang verteilt sind und auf gleichem Durchmesser liegen und bei Montage fluchten zur Aufnahme von entsprechenden Flansch-Schraubverbindungen (Schraube 18, Mutter 20). Durch gleichmäßiges Anziehen der vier Schraubverbindungen wird das Dichtungselement 12 zwischen den Flanschen 14 zusammengedrückt, um hierdurch den Rohrinnenraum 22 nach außen hin abzudichten.In the 1 and 2 is a sealing system according to the invention 10 indicated schematically. It comprises an annular disk-shaped sealing element 12 which is between two ring flanges 14 at the ends of two pipes 16 is used. The flanges 14 are just like the sealing element 12 Provided with four passages, for example, which are distributed over the circumference and lie on the same diameter and are aligned when mounting to accommodate corresponding flange screw connections (screw 18 , Mother 20 ). By tightening the four screw connections evenly, the sealing element becomes 12 between the flanges 14 compressed to thereby the interior of the pipe 22 to seal to the outside.

In das Dichtungselement 12 sind insgesamt vier Messsonden in Form dielektrischer Elemente 24 eingesetzt und zwar im dargestellten Beispiel in das Innere des Dichtungselements 12, um dessen Dichtungseigenschaften nicht zu beeinträchtigen. Jedes Dichtungselement besteht aus einer Mittelschicht 26 aus dielektrischem Material sowie zwei Elektrodenschichten 28 an beiden Seiten der Mittelschicht 26. Diese Elektrodenschichten sind mit einer in 1 nur schematisch angedeuteten Mess- und Auswerteeinheit 30 elektrisch verbunden. Die Mess- und Auswerteeinheit 30 legt entsprechende elektromagnetische Wechselfelder an die Elektrodenschichten 28 an, um die dielektrische Funktion des dielektrischen Materials der Mittelschicht 26 in einem weiten Frequenzbereich zu messen. Hierfür stehen eine Vielzahl von gängigen Messverfahren und Messgeräten zur Verfügung (siehe beispielsweise das bereits zitierte Kapitel "Broadband dielectric measurement techniques" in "Broadband dielectric spectroscopy" F. Kremer, A. Schönhals (Eds.), Springer Verlag, Berlin 2002).In the sealing element 12 are a total of four measuring probes in the form of dielectric elements 24 used in the example shown in the interior of the sealing element 12 in order not to impair its sealing properties. Each sealing element consists of a middle layer 26 made of dielectric material and two electrode layers 28 on both sides of the middle class 26 , These electrode layers are with an in 1 only schematically indicated measuring and evaluation unit 30 electrically connected. The measuring and evaluation unit 30 places appropriate alternating electromagnetic fields on the electrode layers 28 to the dielectric function of the dielectric material of the middle layer 26 to measure in a wide frequency range. A large number of common measurement methods and measuring devices are available for this (see, for example, the already cited chapter "Broadband dielectric measurement techniques" in "Broadband dielectric spectroscopy" F. Kremer, A. Schönhals (Eds.), Springer Verlag, Berlin 2002).

An Stelle eines in das Dichtungselement 12 eingebetteten dielektrischen Elements 24 kann auch ein dielektrisches Element eingesetzt werden, dessen Mittelschicht vom Dichtungselement 12 gebildet wird und dessen in 1 strichliert angedeuteten Elektrodenschichten 28' an den Seitenflächen des Dichtungselements 12 vorgesehen sind ggf. mit äußerer Abdeckfolie 29.Instead of one in the sealing element 12 embedded dielectric element 24 can also be used a dielectric element, the middle layer of the sealing element 12 is formed and its in 1 dashed lines indicated electrode layers 28 ' on the side surfaces of the sealing element 12 may be provided with an outer cover film 29 ,

Die in den 3 bis 8B gezeigten Messergebnisse wurden mit Hilfe eines "Dielektrischen Spektrometers" der Firma Novocontrol, Handsangen, DE ermittelt. Das dielektrische Material der Mittelschicht 26, welches in diesem Ausführungsbeispiel dem Dichtungsmaterial des Dichtungselements 12 entsprach, bestand aus Aramidfasern, die mit einer PTFE-Dispersion imprägniert waren. Die Dimensionen des dielektrischen Elements 24 gemäß 1 und 2 sind nicht maßstäblich angegeben. Man erhält ausreichend Empfindlichkeit bereits bei dielektrischen Elementen mit einer Elektrodenfläche von 5 mm2 und einer Gesamtdicke des dielektrischen Elements von ca. 10 μm. Diese Abmessungen ergeben eine Kapazität von ca. 100 pF, die leicht gemessen werden kann.The in the 3 to 8B The measurement results shown were determined using a "dielectric spectrometer" from Novocontrol, Handsangen, DE. The dielectric material of the middle layer 26 , which in this embodiment is the sealing material of the sealing element 12 corresponded, consisted of aramid fibers, which were impregnated with a PTFE dispersion. The dimensions of the dielectric element 24 according to 1 and 2 are not to scale. Sufficient sensitivity is obtained even with dielectric elements with an electrode area of 5 mm 2 and a total thickness of the dielectric element of approximately 10 μm. These dimensions result in a capacitance of approx. 100 pF, which can easily be measured.

Um den Einfluss einer Alterung des Dichtungsmaterials auf die dielektrische Funktion festzustellen, wurde sowohl ϵ' als auch ϵ'' in einem Frequenzbereich zwischen 1 Hz und 500 kHz gemessen und zwar jeweils bei einem mechanischen Flächendruck von 25 MPa. Die mit einem Rechteck gekennzeichneten Messpunkte wurden bei der ersten Messung erhalten. Die übrigen Messungen wurden nach zwischenzeitlicher Erwärmung auf 25° bzw. 50° bzw. 75° bzw. 100° bzw. 125° im weiterhin eingespannten Zustand und anschließender Abkühlung auf etwa Raumtemperatur gemessen.To the influence of an aging of the Sealing material to determine the dielectric function was both ϵ 'and also ϵ '' in a frequency range measured between 1 Hz and 500 kHz, each with a mechanical surface pressure of 25 MPa. The measuring points marked with a rectangle were received at the first measurement. The remaining measurements were taken in the meantime warming at 25 ° or 50 ° or 75 ° or 100 ° or 125 ° in the continue clamped condition and subsequent cooling to about room temperature measured.

Man erkennt, dass die dielektrischen Spektren durch eine Stufe in ϵ' und ϵ'' charakterisiert sind, die sich bei ansteigender zwischenzeitlicher Erwärmungstemperatur zu höheren Frequenzen verschiebt. Eine derartige Abhängigkeit ist für einen Relaxationsprozess typisch. Ab einer Temperatur von ca. 100° C zerfallen die PTFE-Mizellen. Folgerichtig verschwindet die Stufe in ϵ' und ϵ'' (4a und 4b). Die elektrische Leitfähigkeit, die durch den Anstieg in ϵ'' zu niedrigen Frequenzen hin bestimmt ist, nimmt dagegen um ca. 1 bis 2 Größenordnungen zu. Gleichzeitig bewirkt der ionische Ladungstransport mit resultierender Elektrodenpolarisation eine Zunahme von ϵ' auf der Niederfrequenzseite.It can be seen that the dielectric spectra are characterized by a step in ϵ 'and ϵ'', which shifts to higher frequencies with increasing intermediate heating temperature. Such a dependency is typical for a relaxation process. The PTFE micelles disintegrate from a temperature of approx. 100 ° C. The level consequently disappears in ϵ 'and ϵ''( 4a and 4b ). The electrical conductivity, which is determined by the increase in ϵ '' towards low frequencies, on the other hand increases by about 1 to 2 orders of magnitude. At the same time, the ionic charge transport with the resulting electrode polarization causes an increase of ϵ 'on the low frequency side.

Vergleicht man die in 5 aufgetragene Abnahme der Probendicke (= Dicke d des Dichtungselements 12 gemäß 1) mit dem bei den Messungen herrschenden Flächendruck von 25 MPa mit ansteigender Temperatur, so findet man ab ca. 100°C eine starke Abnahme. Dies resultiert offenbar aus einem Zusammenbruch der viskoelastischen Rückstellkräfte des Polymermaterials bei der thermisch induzierten Degradation der Mizellen-Struktur. Gleichzeitig zeigt der Wert von ϵ'' bei 100 Hz einen steilen Anstieg.If you compare the in 5 applied decrease in sample thickness (= thickness d of the sealing element 12 according to 1 ) with the surface pressure of 25 MPa prevailing in the measurements with increasing temperature, there is a strong decrease from approx. 100 ° C. This apparently results from a breakdown of the viscoelastic restoring forces of the polymer material during the thermally induced degradation of the micelle structure. At the same time, the value of ϵ '' at 100 Hz shows a steep increase.

Hieraus lässt sich schließen, dass das Dichtungsmaterial nach zwischenzeitlichen Erwärmungen über 100° C nicht mehr funktionstüchtig ist, was einem Wert von ϵ'', gemessen bei 100 Hz deutlich oberhalb eines Grenzwerts A von beispielsweise 400 entspricht.It can be concluded from this that the sealing material is no longer functional after interim heating above 100 ° C, which is corresponds to a value of ϵ '', measured at 100 Hz, well above a limit value A of, for example, 400.

Man kann nun ohne weiteres annehmen, dass sich eine Alterung des Dichtungsmaterials, die im Zeitraffer durch das Temper-Programm simuliert wurde, sich in gleicher Weise auf ϵ'', gemessen bei 100 Hz, auswirkt.One can easily assume that there is an aging of the sealing material, which is due to time lapse the temper program was simulated, affects ϵ '' measured at 100 Hz in the same way.

Für das hier speziell verwendete Dichtungsmaterial wird man daher als Formparameter ϵ'', gemessen bei 100 Hz, wählen und diesen laufend während des Einsatzes des Dichtungssystems messen und dabei mit dem Grenzwert A vergleichen. Wird der Grenzwert A überschritten, so muss das Dichtungselement ausgetauscht werden.For the sealing material used here is therefore called Shape parameters ϵ '', measured at 100 Hz, choose and this continuously during the use of the sealing system and measure it with the limit value Compare A. If the limit value A is exceeded, the sealing element must be replaced.

Je nach der Zusammensetzung des verwendeten Dichtungsmaterials könnten auch andere Formparameter gewählt werden, oder auch Kombinationen von wenigstens zwei Formparametern.Depending on the composition of the used Sealing material could other shape parameters selected be, or combinations of at least two shape parameters.

Beispiel hierfür ist die Messung des dielektrischen Verlusts bei Materialien mit erkennbarem Peak in ϵ'', wie z.B. bei vulkanisiertem Hartgummi, bei Frequenzen im Allgemeinen größer als 1 kHz.An example of this is the measurement of the dielectric Loss for materials with a recognizable peak in ϵ '', e.g. vulcanized hard rubber, at frequencies generally greater than 1 kHz.

Bei einem Dichtungsmaterial aus in den Nitrilkautschuk eingebetteten Fasern aus aromatischem Polyamid (z.b. Armidfasern) hat sich die folgende Kombination bewährt:With a sealing material from in the nitrile rubber-embedded fibers made from aromatic polyamide (e.g. Armid fibers) the following combination has proven itself:

1. Formparameter: Steigung des Realteils bei niedrigen Frequenzen vorzugsweise < 100 Hz; 2. und 3. Formparameter: Absolutwerte des Realteils und des Imaginärteils bei hohen Frequenzen, vorzugsweise > 1 kHz.1. Shape parameters: slope the real part at low frequencies preferably <100 Hz; 2. and 3. Shape parameters: absolute values of the real part and the imaginary part at high frequencies, preferably> 1 kHz.

Die entsprechenden Grenzwerte sind wiederum durch Vergleichsmessungen mit Simulation der Materialalterung zu ermitteln.The corresponding limits are again through comparative measurements with simulation of material aging to investigate.

Neben der Alterung als Zustandsparameter des Dichtungssystems kann als weiterer Zustandsparameter die korrekte Lage des Dichtungssystems ermittelt werden. Um dies zu belegen wurden druckabhängige Messungen gemäß 6a, 6b für ϵ' und ϵ'' mit den Frequenzen 10 Hz, 1 kHz und 100 kHz durchgeführt und zwar nach einmaliger zwischenzeitlicher Erwärmung auf 50° C, um ein Setzen des Dichtungssystems sicher zustellen. Man erkennt eine mehr oder weniger starke Flächendruckabhängigkeit. Am ausgeprägtesten ist diese für ϵ'' bei 10 Hz gemäß 6b.In addition to aging as the state parameter of the sealing system, the correct position of the sealing system can be determined as a further state parameter. In order to prove this, pressure-dependent measurements were carried out according to 6a . 6b for ϵ 'and ϵ''with the frequencies 10 Hz, 1 kHz and 100 kHz carried out after a single warming up to 50 ° C to ensure that the sealing system is set. One can see a more or less strong dependence on surface pressure. This is most pronounced for ϵ '' at 10 Hz according to 6b ,

Dieser Effekt lässt sich daher gut zur Überprüfung der korrekten Einbaulage ausnützen, in dem die von den beispielsweise vier auf den Umfang des Dichtungselements 12 verteilten dielektrischen Elementen 24 gelieferten Messwerte für ϵ'' bis 10 Hz miteinander verglichen werden. Bei einer ein vorgegebenes Maß überschreitenden Abweichung der Messwerte voneinander kann auf schiefe Einbaulage geschlossen werden. Alternativ kann man wiederum auch materialspezifische Grenzwerte einführen, wie beispielsweise die Grenzwerte C und D in 6b bei einem Soll-Flächendruck von 25 MPa. Werden diese Grenzwerte von dem einen oder anderen dielektrischen Element 24 überschritten, so wird auf falsche Montage geschlossen.This effect can therefore be used well to check the correct installation position, in that of the four, for example, on the circumference of the sealing element 12 distributed dielectric elements 24 supplied measured values for ϵ '' up to 10 Hz can be compared. If the measured values deviate from each other by a predetermined amount, an inclined installation position can be concluded. Alternatively, you can also introduce material-specific limit values, such as limit values C and D in 6b at a nominal surface pressure of 25 MPa. These limits are set by one or the other dielectric element 24 exceeded, it is concluded that the assembly was incorrect.

Ein weiterer Zustandsparameter des Dichtungssystems, der gemäß der Erfindung erfasst werden kann, ist der der Dichtheit des Dichtungssystems. Die Messsonde ist hier wiederum das dielektrische Element. In diesem Falle besteht es aus solchen dielektrischen Material, welches in der Lage ist, das abzudichtende Fluid aufzunehmen mit entsprechender Veränderung seiner dielektrischen Funktion. Bei diesem Material kann es sich zum einen um das Dichtungsmaterial des Dichtungselements handeln. Alternativ kann man auch poröses dielektrisches Material einsetzen, wobei Materialien zur Verfügung stehen mit extrem hoher innerer Oberfläche zur Aufnahme dementsprechend großer Mengen des Fluids. Derartige Materialien mit Kapillardurchmessern im μm-Bereich oder nm-Bereich haben innere Oberflächen > 10 m2/g aber auch > 100 m2/g. Dies führt zu einer drastischen Änderung der gesamten dielektrischen Funktion in einem großen Frequenzbereich einschließlich bei der Frequenz < 0,01 Hz (Gleichstromlimit). Man kann also in manchen Fällen auch durch einfache Kapazitätsmessung die Dichtheit überwachen.Another state parameter of the sealing system that can be detected according to the invention is that of the tightness of the sealing system. The measuring probe is again the dielectric element. In this case it consists of such dielectric material which is able to absorb the fluid to be sealed with a corresponding change in its dielectric function. On the one hand, this material can be the sealing material of the sealing element. As an alternative, porous dielectric material can also be used, materials being available with an extremely high inner surface for receiving correspondingly large amounts of the fluid. Such materials with capillary diameters in the μm range or nm range have inner surfaces> 10 m 2 / g but also> 100 m 2 / g. This leads to a drastic change in the overall dielectric function in a wide frequency range, including at the frequency <0.01 Hz (DC limit). In some cases, you can also monitor the tightness by simply measuring the capacitance.

In den 9 und 10 ist ein Ausführungsbeispiel wiederum nur schematisch angedeutet. Man erkennt wiederum ein Dichtungssystem 110 aus dem eigentlichen ringscheibenförmigen Dichtungselement 112, welches mit Hilfe von insgesamt vier Verschraubungen (Kopfschraube 118, Mutter 120) zwischen zwei Flansche 114 in Richtung der Rohrachse 123 zusammengepreßt wird. Die beiden Flansche 114 sind an einander zugewandten Enden zweier Rohre 116 vorgesehen. Das Dichtungssystem 110 dient der Abdichtung zwischen dem Rohrinnenraum 122 und der Umgebung.In the 9 and 10 an embodiment is again only indicated schematically. A sealing system can again be seen 110 from the actual ring-shaped sealing element 112 , which with the help of a total of four screw connections (cap screw 118 mother 120 ) between two flanges 114 in the direction of the pipe axis 123 is pressed together. The two flanges 114 are at the facing ends of two pipes 116 intended. The sealing system 110 serves as a seal between the pipe interior 122 and the surrounding area.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel bestehen die dielektrischen Elemente 224 wiederum aus drei Schichten, der Mittelschicht 126 aus porösem dielektrischen Material und den beiden seitlichen Elektrodenschichten 128. Letztere sind wiederum über in 10 angedeutete elektrische Leitungen 125 aus dem Dichtungselement 112 herausgeführt und in einem schematisch angedeutetem Anschlussteil 140 am Außenumfang des Dichtungselements 112 zusammengeführt. In nicht dargestellter Weise kann das Anschlussteil 140 mit einer Mess- und Auswerteeinheit (entsprechend 30 gemäß 1) verbunden werden.In the exemplary embodiment shown, the dielectric elements 224 again consist of three layers, the middle layer 126 made of porous dielectric material and the two side electrode layers 128 , The latter are in turn over 10 indicated electrical lines 125 from the sealing element 112 led out and in a schematically indicated connector 140 on the outer circumference of the sealing element 112 merged. In a manner not shown, the connecting part 140 with a measuring and evaluation unit (corresponding to 30 according to 1 ) get connected.

Die dielektrischen Elemente 124 sind wiederum nicht maßstabsgetreu dargestellt. Sie können eine Elektrodenfläche von 5 mm2 aufweisen bei einer Dicke von ca. 10 μm. Dies ergibt eine Kapazität von ca. 100 pF, die leicht messtechnisch erfasst werden kann.The dielectric elements 124 are again not drawn to scale. They can have an electrode area of 5 mm 2 with a thickness of approx. 10 μm. This results in a capacitance of approx. 100 pF, which can easily be measured.

Die dielektrischen Elemente 124 sind wiederum in das Dichtungsmaterial des Dichtungselements 112 eingebaut, so dass sich eine ungestörte Dichtfläche des Dichtungselements 112 auf dessen beiden Seiten ergibt.The dielectric elements 124 are in turn in the sealing material of the sealing element ments 112 installed so that there is an undisturbed sealing surface of the sealing element 112 on its two sides.

Die dielektrischen Elemente 124 können gemäß 10 auf den Umfang des Dichtungselements 112 verteilt angeordnet sein, wobei zusätzlich eine Staffelung in Axialrichtung gemäß 9 vorgesehen sein kann. Durch diese Verteilung erreicht man eine gleichmäßige Überwachung des Volumens des Dichtungselements 112. Falls das abzudichtende Fluid an irgendeiner Stelle in das Dichtungselement 112 eindringt, so trifft dieses Fluid früher oder später auf eines der porösen dielektrischen Elemente 124. Dieses nimmt dann aufgrund seiner großen Kapillarkräfte (in Bezug auf das verwendete Fluid) eine vergleichsweise große Menge an Fluid auf, mit dementsprechend drastischer Änderung seiner dielektrischen Funktion einschließlich seiner Kapazität. Wenn also die Dichtung brüchig wird, oder einzelne Risse auftreten, so kann dies zuverlässig anhand der Messung der dielektrischen Funktion bzw. der Kapazität ermittelt werden.The dielectric elements 124 can according to 10 on the circumference of the sealing element 112 be arranged distributed, with a staggering in addition in the axial direction 9 can be provided. This distribution enables uniform monitoring of the volume of the sealing element 112 , If the fluid to be sealed at any point in the sealing element 112 penetrates, this fluid will sooner or later hit one of the porous dielectric elements 124 , This then absorbs a comparatively large amount of fluid due to its large capillary forces (in relation to the fluid used), with a corresponding drastic change in its dielectric function, including its capacity. If the seal becomes brittle or individual cracks occur, this can be reliably determined by measuring the dielectric function or the capacitance.

Auch hier wird man in Abhängigkeit vom verwendeten Material einen geeigneten Formparameter ermitteln, und durch Vergleichsmessungen mit Druckerhöhung bis zur Undichtigkeit einen geeigneten Grenzwert für diesen Formparameter festlegen.Here too you become addicted determine a suitable shape parameter for the material used, and by comparative measurements with pressure increase to leak a suitable limit for set this shape parameter.

Bei dem porösen dielektrischen Material kann es sich ggf. auch um die selbe Substanz handeln, die für das Dichtungselement selbst eingesetzt wird, da manche Materialien insbesondere PTFE sowohl als kompaktes (nicht poröses) Material existiert als auch in poröser Form.The porous dielectric material can it may also be the same substance that is used for the sealing element is used because some materials, in particular PTFE both as a compact (non-porous) Material exists in a porous form as well.

Insgesamt erhält man ein "intelligentes" Dichtungssystem durch Erfassung der dielektrischen Funktion in einem weiten Frequenzbereich, welcher ggf. auch das Gleichstromlimit einschließt.Overall, an "intelligent" sealing system is obtained by recording the dielectric function in a wide frequency range, which may also includes the DC limit.

1010
Dichtungssystemsealing system
1212
Dichtungselementsealing element
1414
Ring-FlanschRing flange
1616
Rohrleitungpipeline
1818
Schraubescrew
2020
SchaubenmutterSchaub mother
2222
RohrinnenraumTube interior
2424
dielektrisches Elementdielectric element
2626
dielektrische Mittelschichtdielectric middle class
2828
Elektrodenschichtelectrode layer
28'28 '
Elektrodenschichtelectrode layer
2929
Abdeckfoliecover
3030
Mess- und Auswerteeinheitmeasurement and evaluation unit
110110
Dichtungssystemsealing system
112112
Dichtungselementsealing element
114114
Flanschflange
116116
Rohrpipe
118118
Kopfschraubehead screw
120120
Schraubenmutternut
122122
RohrinnenraumTube interior
123123
Rohrachsepipe axis
124124
dielektrisches Elementdielectric element
125125
elektrische Leitungenelectrical cables
126126
dielektrische Mittelschichtdielectric middle class
128128
Elektrodenschichtelectrode layer
140140
Anschlußteilconnector

Claims (27)

Verfahren zur Feststellung wenigstens eines Zustandsparameters eines Dichtungssystems (10, 100) mit wenigstens einem Dichtungselement (12, 112) und wenigstens einem dielektrischen Element (24, 124), welches dielektrisches Material enthält, dadurch gekennzeichnet, dass man einen charakteristischen Frequenzverlauf des Realteils und/oder des Imaginärteils der dielektrischen Funktion ermittelt durch Messungen des Realteils und/oder des Imaginärteils der komplexen dielektrischen Funktion des dielektrischen Elements bei unterschiedlichen Frequenzen.Method for determining at least one state parameter of a sealing system ( 10 . 100 ) with at least one sealing element ( 12 . 112 ) and at least one dielectric element ( 24 . 124 ), which contains dielectric material, characterized in that a characteristic frequency response of the real part and / or the imaginary part of the dielectric function is determined by measurements of the real part and / or the imaginary part of the complex dielectric function of the dielectric element at different frequencies. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen im Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 10 MHz liegen.A method according to claim 1, characterized in that the frequencies are in the frequency range from 0.1 Hz to 10 MHz. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzen im Frequenzbereich von 100 Hz bis 100 kHz liegen.A method according to claim 2, characterized in that the frequencies are in the frequency range from 100 Hz to 100 kHz. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man wenigstens einen Formparameter des Frequenzverlaufs ermittelt.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that one determines at least one shape parameter of the frequency response. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Formparameter ein Absolutwert oder eine Steigung oder eine Krümmung des Frequenzverlaufs bei einer vorgegebenen Frequenz ist.A method according to claim 4, characterized in that the shape parameter is an absolute value or a slope or a curvature of the Fre frequency curve at a predetermined frequency. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Formparameter die Frequenzlage oder die Amplitude eines charakteristischen Abschnitts des Frequenzverlaufs ist.A method according to claim 4, characterized in that the shape parameter is the frequency position or the amplitude of a characteristic section of the frequency response. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der charakteristische Abschnitt eine Stufe oder ein Peak ist.A method according to claim 6, characterized in that the characteristic section is a step or a peak. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Formparameter die Steigung des Realteils bei niedrigen Frequenzen, vorzugsweise < 100 Hz ist.Method according to one of claims 4 to 7, characterized in that that at least one of the shape parameters is the slope of the real part at low frequencies, preferably <100 Hz. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Formparameter der Absolutwert des Realteils oder des Imaginärteils bei hohen Frequenzen vorzugsweise ≥ 1 kHz ist.Method according to one of claims 4 to 8, characterized in that that at least one of the shape parameters is the absolute value of the real part or the imaginary part at high frequencies preferably ≥ 1 kHz is. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Formparameter der Absolutwert des Imaginärteils bei einer Frequenz zwischen 10 Hz und ein 1 kHz, vorzugsweise von etwa 100 Hz ist.Method according to one of claims 4 to 9, characterized in that that the at least one shape parameter is the absolute value of the imaginary part at a Frequency between 10 Hz and a 1 kHz, preferably of about 100 Hz. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Formparameter die Fläche unterhalb eines Peaks des Frequenzverlaufs des Imaginärteils ist.Method according to one of claims 4 to 10, characterized in that that the at least one shape parameter is the area below a peak of the Frequency curve of the imaginary part is. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Formparameter der Quotient aus den Absolutwerten des Imaginärteils und des Realteils ist, vorzugsweise bei einer Frequenz ≤ 1 kHz.Method according to one of claims 4 to 11, characterized in that that the at least one shape parameter is the quotient of the absolute values of the imaginary part and the real part, preferably at a frequency ≤ 1 kHz. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man an mehreren Stellen, vorzugsweise an 3 oder 4 Stellen, des Dichtungselements (12, 112) ein dielektrisches Element (24, 124) vorsieht und jeweils den Realteil und/oder den Imaginärteil der dielektrischen Funktion misst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at several points, preferably at 3 or 4 points, of the sealing element ( 12 . 112 ) a dielectric element ( 24 . 124 ) provides and measures the real part and / or the imaginary part of the dielectric function. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass man die an mehreren Stellen erhaltenen Messergebnisse miteinander vergleicht und bei einer ein vorgegebenes Maß überschreitenden Abweichung voneinander auf eine schiefe Einbaulage des Dichtungssystems (10, 110) schließt.Method according to Claim 13, characterized in that the measurement results obtained at several points are compared with one another and, in the event of a deviation from one another which exceeds a predetermined dimension, on an inclined installation position of the sealing system ( 10 . 110 ) closes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man das aktuelle Messergebnis mit einer Vergleichmessung an einem funktionstüchtigen Dichtungselement (12, 112) vergleicht und bei einer ein vorgegebenes Maß überschreitenden Abweichung oder bei Überschreitung oder Unterschreitung eines vorgegebenen Grenzwertes auf ein nicht funktionstüchtiges aktuelles Dichtungselement (12, 112) schließt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the current measurement result is compared with a comparison measurement on a functional sealing element ( 12 . 112 ) compares and in the event of a deviation exceeding a specified dimension or if a specified limit value is exceeded or undershot to a non-functional current sealing element ( 12 . 112 ) closes. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass man die Vergleichsmessung am Dichtungselement (12, 112) des Dichtungssystems (10, 110) vornimmt, vorzugsweise nach erfolgter Montage des Dichtungssystems, und dass man zur laufenden Überprüfung des Dichtungssystems dementsprechend Messungen vornimmt und mit der Vergleichsmessung vergleicht.A method according to claim 15, characterized in that the comparison measurement on the sealing element ( 12 . 112 ) of the sealing system ( 10 . 110 ), preferably after the sealing system has been installed, and that measurements are taken accordingly for the ongoing checking of the sealing system and compared with the comparison measurement. Verfahren nach den Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Ermittlung des vorgegebenen Maßes der zulässigen Abweichung bzw. des vorgegebenen Grenzwerts an einer Probe aus dem auch für das Dichtungssystem (10, 110) verwendeten dielektrischen Material wenigstens eine Belastungstestmessung, vorzugsweise mit zwischenzeitlichen Probenerwärmungssschritten vornimmt.Method according to claims 15 or 16, characterized in that in order to determine the predetermined measure of the permissible deviation or the predetermined limit value on a sample from the also for the sealing system ( 10 . 110 ) used dielectric material carries out at least one load test measurement, preferably with intermediate sample heating steps. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Element (24, 124) das Dichtungselement (12, 112) oder Teil des Dichtungselements (12, 112) des Dichtungssystems (10, 110) ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectric element ( 24 . 124 ) the sealing element ( 12 . 112 ) or part of the sealing element ( 12 . 112 ) of the sealing system ( 10 . 110 ) is. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material (26, 126) des dielektrischen Elements (24, 124) von dem Material des Dichtungselements (12, 112) gebildet ist.A method according to claim 18, characterized in that the dielectric material ( 26 . 126 ) of the dielectric element ( 24 . 124 ) of the material of the sealing element ( 12 . 112 ) is formed. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material (26, 126) des dielektrischen Elements (24, 124) von einem porösen Material gebildet ist.Method according to one of claims 1 to 18, characterized in that the dielectric material ( 26 . 126 ) of the dielectric element ( 24 . 124 ) is formed from a porous material. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material hohe Kapillarität, vorzugsweise mit einer inneren Oberfläche > 10 m2/g, besser > 100 m2/g, gegenüber dem Fluid, gegen das das Dichtungssystem abdichten soll, aufweist.A method according to claim 20, characterized in that the porous material has high capillarity, preferably with an inner surface> 10 m 2 / g, better> 100 m 2 / g, with respect to the fluid against which the sealing system is to seal. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Element (24, 124) von einer Kondensatoranordnung gebildet ist aus 2 Elektrodenschichten (28, 28', 128) beidseits einer Mittelschicht (26, 126) aus dem dielektrischen Material.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectric element ( 24 . 124 ) is formed by a capacitor arrangement from 2 electrode layers ( 28 . 28 ' . 128 ) on both sides of a middle class ( 26 . 126 ) made of the dielectric material. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Element (24, 124) eine Dicke von weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 100 μm, am besten von etwa 10 μm aufweist.A method according to claim 22, characterized in that the dielectric element ( 24 . 124 ) has a thickness of less than 1 mm, preferably less than 100 microns, best of about 10 microns. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Element (24, 124) eine Kapazität von 1 pF bis 1000 pF, am besten von etwa 100 pF aufweist.A method according to claim 23, characterized in that the dielectric element ( 24 . 124 ) has a capacitance of 1 pF to 1000 pF, preferably about 100 pF. Dichtungssystem (10, 110) mit wenigstens einem dielektrischen Element (24, 124) und einer Mess- und Auswerteeinheit (30) zur Feststellung wenigstens eines Zustandsparameters des Dichtungssystems (10, 110) dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und Auswerteeinheit (30) ausgebildet ist zur Ermittlung eines charakteristischen Frequenzverlaufs des Realteils und/oder des Imaginärteils der dielektrischen Funktion durch Messung des Realteils und/oder des Imaginärteils der komplexen dielektrischen Funktion des dielektrischen Elements bei unterschiedlichen Frequenzen.Sealing system ( 10 . 110 ) with at least one dielectric element ( 24 . 124 ) and a measuring and evaluation unit ( 30 ) to determine at least one state parameter of the sealing system ( 10 . 110 ) characterized in that the measuring and evaluation unit ( 30 ) is designed to determine a characteristic frequency response of the real part and / or the imaginary part of the dielectric function by measuring the real part and / or the imaginary part of the complex dielectric function of the dielectric element at different frequencies. Dichtungssystem (10, 110) mit wenigstens einem dielektrischen Element (24, 124) in Form eines Kondensatorelements aus einer Mittelschicht (26; 126) aus dielektrischem Material, die beidseits mit je einer Elektrodenschicht (28, 28', 128) versehen ist.Sealing system ( 10 . 110 ) with at least one dielectric element ( 24 . 124 ) in the form of a capacitor element made of a middle layer ( 26 ; 126 ) made of dielectric material, each with an electrode layer ( 28 . 28 ' . 128 ) is provided. Dichtungssystem (10, 110) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelschicht (126) von einem porösen Material gebildet ist.Sealing system ( 10 . 110 ) according to claim 26, characterized in that the middle layer ( 126 ) is formed from a porous material.
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