DE102006060382A1

DE102006060382A1 - Device for early fault detection on machines and / or their components

Info

Publication number: DE102006060382A1
Application number: DE102006060382A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Prof. Dr.-Ing. Schlücker; Stefan Dipl.-Ing. Blendinger; Piotr Reichel-Lesnianski
Original assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Current assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Priority date: 2006-12-20
Filing date: 2006-12-20
Publication date: 2008-06-26
Also published as: EP2100121A1; WO2008074501A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen technischer bzw. physikalischer Parameter von Maschinen bzw. Geräten und/oder deren Bauteilen ist die Ausgestaltung derart getroffen, dass als Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen wenigstens eine für die Maschine bzw. deren Bauteil vorgesehene, insbesondere dynamische Dichtung (1) dient, die mit einer Messeinrichtung (4) zum Erfassen des technischen bzw. physikalischen Zustandes der Dichtung (1) selbst bzw. deren Zustandsänderung versehen ist.In a device for the early detection of disturbances of technical or physical parameters of machines or devices and / or their components, the design is such that at least one device provided for the machine or its component, in particular a dynamic seal, is provided as a device for the early detection of disturbances ( 1), which is provided with a measuring device (4) for detecting the technical or physical state of the seal (1) itself or its change in state.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen technischer bzw. physikalischer Parameter von Maschinen bzw. Geräten und/oder deren Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a device for the early detection of technical disturbances or physical parameters of machines or devices and / or their components according to the preamble of Claim 1.

Bei Maschinen bzw. Geräten und/oder deren Bauteilen ist es sowohl aus technischen als auch aus wirtschaftlichen Gründen in höchstem Maße wünschenswert, Veränderungen oder sogar Störungen technischer bzw. physikalischer Parameter sofort nach ihrem Auftreten zu erfassen bzw. nach Möglichkeit gar nicht erst auftreten zu lassen, d. h. also im besten Sinne eine Früherkennung derartig drohender Störungen bzw. Zustandsänderungen durchzuführen.at Machines or devices and / or their components, it is both technical and because of economical reasons in the highest Dimensions desirable, changes or even technical issues or physical parameter immediately after their occurrence or if possible not to let occur at all, d. H. in the best sense of the word early detection such threatening disturbances or state changes perform.

Um dieses Ziel zu erreichen, sind schon zahlreiche Vorrichtungen ganz unterschiedlicher Art bekannt. Diesen ist jedoch allen gemeinsam, dass sie sich jeweils nur auf ganz bestimmte Erscheinungsformen einer Störung, beispielsweise akustischer, optischer oder dgl. Art konzentrieren. Dies hat zur Folge, dass sie für andere Arten einer Störung oder Zustandsänderung der Maschine bzw. des Maschinenbauteils, weil hierfür nicht geeignet oder vorgesehen, nicht anwendbar sind.Around To achieve this goal are already quite a few devices known in different ways. However, this is common to all, that they each only on very specific manifestations a fault, For example, acoustic, optical or the like. Art focus. As a result, they are for other types of a disorder or change in condition the machine or the machine component, because this is not suitable or intended, not applicable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Beseitigung der geschilderten Nachteile eine Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen technischer bzw. physikalischer Parameter von Maschinen bzw. Geräten und/oder deren Bauteilen zu schaffen, mittels der es anhand eines einzigen Maschinenbauteils möglich ist, sämtliche relevanten Störungen der Maschine bzw. eines Bauteils hiervon zu erfassen.Of the Invention is therefore based on the object to eliminate the disadvantages described a device for the early detection of disturbances technical or physical parameters of machines or devices and / or to create their components by means of a single Machine component possible is, all relevant disorders to detect the machine or a component thereof.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.The Features of the solution this problem created invention will become apparent from the claim 1. Advantageous embodiments thereof are described in the further claims.

Der Erfindung liegt der wesentliche Gedanke zugrunde, als Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen wenigstens eine für die Maschine bzw. deren Bauteil ohnehin vorgesehene statische oder insbesondere dynamische Dichtung anzuwenden, die mit einer Messeinrichtung zum Erfassen des technischen bzw. physikalischen Zustandes der Dichtung selbst bzw. der Zustandsänderung versehen ist.Of the Invention is based on the essential idea as a device for early detection of disorders at least one for the machine or its component anyway provided static or In particular, to apply dynamic seal, with a measuring device for detecting the technical or physical state of the seal itself or the state change is provided.

Von erfindungsgemäßer Bedeutung ist hierbei, dass die Messeinrichtung wenigstens ein Sensorelement zum Erfassen der durch Verschleiß bzw. Störung an der Dichtung selbst, an dem durch die Dichtung abzudichtenden Bauteil und/oder an der gesamten Maschine bewirkten Zustandsänderung der Dichtung aufweist.From meaning according to the invention is here that the measuring device at least one sensor element for detecting the wear or disturbance on the seal itself, on the component to be sealed by the seal and / or on the entire Machine effected state change of Has seal.

Erfindungsgemäß ist dieses Sensorelement derart ausgestaltet, dass es die Nachgiebigkeit der Dichtung bzw. deren hierdurch bewirkte Verformung und/oder die Dehnung bzw. Stauchung der Dichtung und/oder eine durch Druck bewirkte Veränderung der Dichtung und/oder Schwingungen bzw. Vibrationen der Maschine bzw. eines Bauteils hiervon erfasst.According to the invention this is Sensor element configured such that it is the resilience of the seal or the resulting deformation and / or the elongation or Compression of the seal and / or a change caused by pressure the seal and / or vibration or vibration of the machine or a component thereof.

In Ausgestaltung der Erfindung kann das Sensorelement ein Dehnungsmessstreifen, eine Piezofolie bzw. ein piezoelektrisches Element, ein kapazitiv auswertbares oder ein induktiv auswertbares Element sein.In According to an embodiment of the invention, the sensor element can be a strain gauge, a piezo film or a piezoelectric element, a capacitive be evaluated or an inductively evaluable element.

Stattdessen ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass das Sensorelement aus dem Material der Dichtung selbst besteht, das derart ausgewählt ist, dass es das Erfassen von Dehnungen oder Stauchungen der Dichtung über Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit oder Ladung erlaubt.Instead it is also possible according to the invention that the sensor element consists of the material of the seal itself, that is selected that it is detecting strains or compression upsets about changes the electrical conductivity or charge allowed.

Vorteilhafterweise kann das Sensorelement an der Oberfläche der Dichtung befestigt bzw. hierauf aufgebracht sein und sich wenigstens über einen Teil der Dichtungsoberfläche erstrecken.advantageously, For example, the sensor element may be attached to the surface of the gasket or be applied thereto and at least one Part of the sealing surface extend.

Hierbei ist es möglich, dass das Sensorelement auf die Dichtungsoberfläche aufgedampft, aufgedruckt oder aufgeklebt ist.in this connection Is it possible, that the sensor element vapor-deposited on the sealing surface, printed or glued on.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Sensorelement stattdessen in die Dichtung integriert ist.It is within the scope of the invention that the sensor element instead integrated into the seal.

Unabhängig von der Art des Aufbringens bzw. Befestigens des Sensorelementes an bzw. in der Dichtung ist es möglich, dass sich dieses quer zur Dichtungsachse und/oder in Richtung der Dichtungsachse erstreckt.Independent of the manner of applying or attaching the sensor element or in the poetry it is possible that this transverse to the sealing axis and / or in the direction of Seal axis extends.

Durch die Erfindung ergeben sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile, von denen lediglich des Beispiels halber die folgenden geschildert seien:

1. Durch die Erfindung ist es möglich, Störungen an der Dichtung selbst in einfacher Weise so früh wie möglich zu erfassen. Hierbei dienen Dichtungen, insbesondere dynamische Dichtungen, wie bekannt, zum Abdichten unter statischen Bedingungen bzw. unter rotatorischen oder translatorischen Bewegungen. Dabei ist die Dichtung vielfach den technischen Eigenschaften, wie Gleitgeschwindigkeit, Oberflächenqualität, Abmessungen, Toleranzen usw. der umgebenden technischen Bauteile, beispielsweise Wellen oder Kolben, ausgesetzt. Verschleißt beispielsweise die Welle oder der Kolben, muss die Dichtung diesen Materialverlust durch ihre Nachgiebigkeit ausgleichen, oder wenn beispielsweise die Lauffläche der Welle oder Dichtung rau wird, äußert sich dies an der Dichtung durch entsprechende Vibrationen.

The invention provides many possible applications and advantages, of which only the following are described by way of example:

1. By the invention it is possible to detect disturbances on the seal itself in a simple manner as early as possible. Here are seals, in particular dynamic seals, as known, for sealing under static conditions or under rotary or translational movements. The seal is often the technical properties, such as sliding speed, surface quality, dimensions, tolerances, etc. of the surrounding technical components, such as shafts or pistons exposed. For example, if the shaft or piston is wearing, the seal must compensate for this loss of material by its compliance Chen, or if, for example, the tread of the shaft or seal is rough, this manifests itself to the seal by appropriate vibration.

Die Erfindung macht sich daher in vorteilhafter Weise diese technische Erscheinung zunutze, nämlich dahingehend, dass Dichtungen in vielen Fällen erkennen lassen, welche technischen Zustandsänderungen die zugeordnete Dichtstelle erfährt.The Invention therefore advantageously makes this technical Appearance, namely in that seals in many cases indicate which ones technical status changes the assigned sealing point learns.

Hier setzt, wie schon erwähnt, die Erfindung ein, indem die betreffende Dichtung durch Einbau von messtechnischen Elementen, wie Dehnungsmessstreifen, Piezofolie, auf die Dichtung aufgedampfte, gedruckte oder aufgeklebte Sensorelemente oder kapazitiv bzw. induktiv auswertbare Sensorelemente in die Lage versetzt wird, Störungen, die an ihr selbst bzw. im Abdichtungsbereich auftreten, frühzeitig erfasst werden können.Here sets, as already mentioned, the invention by the seal in question by installation of metrological elements such as strain gages, piezo film, on the seal vapor-deposited, printed or glued sensor elements or capacitively or inductively evaluable sensor elements in the position is offset, disturbances, which occur on their own or in the sealing area, early can be detected.

Hierbei seien als mögliche Schäden, die auf diese Weise erfasst werden können, lediglich des Beispiels halber die folgenden aufgeführt:

a) Verschleiß der Dichtlippe: In diesem Fall muss die Dichtung, um gleichwohl Dichtheit zu gewährleisten, den Verschleiß durch Nachgiebigkeit ausgleichen. Dadurch ändert sie ihre Form. Diese Formänderung kann durch die erfindungsgemäß an bzw. in der Dichtung vorgesehene Messeinrichtung registriert und auch quantifiziert werden;
b) Verschleiß an dem durch die Dichtung abzudichtenden Bauteil, beispielsweise Welle oder Kolben: Hierdurch ändert sich die Rauhigkeit der Oberfläche des betreffenden Bauteils, wodurch sich auch das Signal, das aus der geänderten Dichtungsreibung resultiert, ändert;
c) Mangelschmierung: Das Signal, das aus den sich ändernden Reibeffekten resultiert, ändert sich ebenfalls. Hierdurch kann je nach Dichtungsart auch eine Deformation der Dichtung erfolgen, die ebenfalls als Indiz für Trockenlauf dient.
d) Verlust der Füllstandshöhe im durch die Dichtung abzudichtenden Raum.

2. Wie schon dargelegt, können Dichtungen, insbesondere dynamische Dichtungen, nicht nur zur Erkennung eigener Störungen erfindungsgemäß eingesetzt werden, sondern im Rahmen der Erfindung auch zur Erkennung von Störungen an den umgebenden abdichtenden Bauteilen bzw. an den betreffenden Maschinen selbst. Wie bekannt, sind hierbei Dichtungen ein vielfach unverzichtbares Element im Maschinenbau, da sie zum Abdichten unter statischen Bedingungen oder rotatorischen bzw. translatorischen Bewegungen dienen. Der verwendete Dichtungswerkstoff sowie die Form der Dichtung sind in der Regel so gewählt, dass die Dichtung durch eine gewisse Nachgiebigkeit ihren Dichtungszweck erfüllt. Dies bedeutet aber gleichzeitig auch, dass die Dichtungen sehr innig mit den Bauteilen der Maschinen verbunden sind, so dass jede Vibration oder Schwingung der Maschine direkt auf die betreffende Dichtung übertragen wird.

In this case, as possible damages that can be detected in this way, the following are listed by way of example only:

a) Wear of the sealing lip: In this case, in order to ensure tightness, the seal must compensate for wear due to resilience. This changes her shape. This change in shape can be registered by the inventively provided on or in the seal measuring device and also quantified;
b) wear on the component to be sealed by the seal, for example shaft or piston: This changes the roughness of the surface of the relevant component, which also changes the signal resulting from the changed seal friction;
c) Lack of lubrication: the signal resulting from the changing frictional effects also changes. This can be done depending on the type of seal and a deformation of the seal, which also serves as an indication of dry running.
d) loss of fill level in the space to be sealed by the seal.

2. As already stated, seals, in particular dynamic seals, not only according to the invention can be used for detecting intrinsic disturbances, but within the scope of the invention also for the detection of disturbances to the surrounding sealing components or to the respective machines themselves. As is known Here seals are a frequently indispensable element in mechanical engineering, since they serve for sealing under static conditions or rotary or translational movements. The sealing material used and the shape of the seal are usually chosen so that the seal fulfills its sealing purpose by a certain flexibility. At the same time, however, this also means that the seals are very intimately connected to the components of the machines so that any vibration or oscillation of the machine is transmitted directly to the relevant seal.

Da nun erfindungsgemäß vorgesehen ist, als Vorrichtung zur Früherkennung von Störungen wenigstens eine für die Maschine bzw. deren Bauteil vorgesehene, insbesondere dynamische, Dichtung anzuwenden und diese mit einer Messeinrichtung zum Erfassen des technischen bzw. physikalischen Zustandes der Dichtung selbst bzw. deren Zustandsänderung zu versehen, ist es möglich, mittels wenigstens eines entsprechenden Sensorelementes der Messeinrichtung die Nachgiebigkeit der Dichtung zu erfassen. Damit sind auch sofort in einem außerordentlich frühzeitigen Stadium Störungen in Maschinen erkennbar, die sich durch Vibrationen oder Schwingungen äußern oder hervorgerufen werden.There now provided according to the invention is, as a device for early detection of disorders at least one for the machine or its component provided, in particular dynamic, Apply seal and this with a measuring device for detecting the technical or physical condition of the seal itself or their state change it is possible to by means of at least one corresponding sensor element of the measuring device to grasp the resilience of the seal. This is also immediate in an extraordinary way early Stage disorders recognizable in machines that express themselves through vibrations or vibrations or be caused.

Lediglich des Beispiels halber sei an dieser Stelle ein Zahnradgetriebe erwähnt, das üblicherweise einem Zahnverschleiß unterliegt. Dadurch entsteht eine Spielvergrößerung, die zu Schlägen zwischen den Zähnen führt. Diese Schläge werden über die Welle zur Wellendichtung übertragen und können dort im erfindungsgemäßen Sinn registriert bzw. erfasst werden.

3. Es liegt schließlich ebenfalls im Rahmen der Erfindung, Dichtungen als Drucksensoren bzw. als Fluidniveauanzeige oder als Fluidniveauüberwachungssensoren einzusetzen. In diesem Zusammenhang ist es ja bekannt, dass Dichtungen grundsätzlich die Aufgabe haben, Räume mit unterschiedlichen chemischen Inhalten oder physikalischen Parametern voneinander zu trennen bzw. getrennt zu halten. Dies geschieht in der Regel durch den Einbau von Dichtungen aus Werkstoffen, die von den umgebenden Werkstoffen abweichen. Außerdem sind vielfach spezielle Dichtungsformen im Einsatz, um eine optimale Dichtheit zu erzielen.

Only for the sake of example, a gear transmission should be mentioned at this point, which is usually subject to tooth wear. This creates a game magnification that leads to blows between the teeth. These shocks are transmitted via the shaft to the shaft seal and can be registered or detected there in the sense of the invention.

3. Finally, it is also within the scope of the invention to use seals as pressure sensors or as fluid level indicator or as fluid level monitoring sensors. In this context, it is well known that seals basically have the task of separating or keeping separate spaces with different chemical contents or physical parameters. This is usually done by installing gaskets made of materials that deviate from the surrounding materials. In addition, special seal shapes are often used to achieve optimum tightness.

Die Dichtwirkung wird hierbei in der Regel über den Aufbau einer Dichtpressung mittels einer gewissen Nachgiebigkeit der Dichtung erreicht. Diese dient vielfach auch gleichzeitig dazu, einen etwaigen Verschleiß an der Dichtung oder an den umgebenden Bauteilen auszugleichen. Somit sind Dichtungen in den meisten Anwendungen Schlüsselelemente und damit unumgänglich, da sie feste Bestandteile in technischen Produkten bilden.The Sealing effect is this usually about the construction of a sealing pressure achieved by a certain flexibility of the seal. These At the same time, it is also used at the same time to prevent any wear on the Seal or compensate for the surrounding components. Thus are Gaskets in most applications key elements and therefore unavoidable because they form solid components in technical products.

Erfindungsgemäß wird nun auch auf dem hier zur Rede stehenden Anwendungsgebiet die mit einer entsprechenden Messeinrichtung versehene Dichtung als Vorrichtung zur Erkennung des an ihr herrschenden Druckes und damit zur Fluidniveauanzeige bzw. zur Fluidniveauüberwachung verwendet. Diese Funktion wird erfindungsgemäß erfüllt durch in die Dichtung erfolgenden Einbau von wenigstens einem Sensorelement, das die Verformung erfassen kann. Dies kann erfolgen durch Eingießen des Sensorelementes bei Kunststoffdichtungen, durch Applizieren auf die Dichtungsoberfläche usw.According to the invention, the seal provided with a corresponding measuring device is now also used in the field of application in question as a device for detecting the pressure prevailing thereon and thus for indicating the fluid level or for monitoring the fluid level. This function is fulfilled according to the invention by incorporation into the seal of at least one sensor element which can detect the deformation. This can be done by pouring the sensor element in plastic seals, by applying to the sealing surface, etc.

Da die Dichtwirkung in der Regel mit einer gewissen Nachgiebigkeit der Dichtung verbunden ist, ist davon auszugehen, dass diese Nachgiebigkeit umso größer ist, je höher der auf die Dichtung wirkende Druck ist. Das Ausmaß an Nachgiebigkeit wird somit erfindungsgemäß als Maß für den herrschenden Fluiddruck genommen.There the sealing effect usually with a certain yielding is connected to the seal, it can be assumed that this flexibility all the more is bigger, The higher the pressure acting on the seal. The degree of compliance is thus according to the invention as a measure of the prevailing fluid pressure taken.

Lediglich als Beispiel sei hier ein Getriebe erwähnt. Hierbei besitzt jedes Getriebe eine Antriebs- und eine Abtriebswelle. Die Dichtung mindestens einer der beiden Wellen ist mit Schmieröl geflutet. Zur Sicherstellung der Getriebefunktion ist es wichtig, das Flüssigkeitsniveau über der Dichtung nicht zu weit absinken zu lassen. Da der auf die Dichtung wirkende Druck erfindungsgemäß mittels der hieran vorgesehenen Messeinrichtung erfasst wird, dient die Dichtung zugleich als Niveaumesser, so dass eine gesonderte Niveaumessung entfallen kann. Dies stellt einen großen wirtschaftlichen Vorteil dar.Only as an example, a gearbox is mentioned here. Each possesses this Transmission a drive and an output shaft. The seal at least one of the two waves is flooded with lubricating oil. To make sure The transmission function, it is important to the liquid level above the Seal does not sink too far. Because of the seal Acting pressure according to the invention by means of the measuring device provided for this is used, the seal is used at the same time as a level gauge, so that a separate level measurement can be omitted. This represents a big economic advantage represents.

Auch auf dem hier zur Rede stehenden Anwendungsgebiet kann die erfindungsgemäß vorgesehene Messeinrichtung der Dichtung lediglich des Beispiels halber folgende Ausgestaltungen aufweisen:

a) Anbringen von einem oder mehreren Dehnungsmessstreifen auf die Dichtungsoberfläche, die je nach zu erfassender Messgröße ausgerichtet sind;
b) Applizieren von Piezofolien auf die Dichtungsoberfläche an geeigneten Stellen;
c) Implantieren von piezoelektrischen Elementen in die Dichtung;
d) Aufdampfen von solchen Strukturen auf die Dichtungsoberfläche, die einem Dehnungsmessstreifen ähnlich sind;
e) Fertigen der gesamten Dichtung aus Werkstoffen, die das Erkennen von Dehnungen oder Stauchungen über Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit oder Ladung erlauben;
f) Ausgestaltung der Dichtung derart, dass durch Druck verursachte Veränderungen kapazitiv oder induktiv messbar sind;
g) Einbau von Sensorelementen zur Druckmessung in Stopfbuchspackungen usw.

Also in the field of application at issue here, the measuring device of the seal provided according to the invention can have the following embodiments only for the sake of example:

a) attaching one or more strain gauges to the sealing surface, which are aligned according to the measured variable to be detected;
b) applying piezofilms to the seal surface at appropriate locations;
c) implanting piezoelectric elements into the seal;
d) evaporating such structures onto the seal surface that are similar to a strain gauge;
e) manufacturing the entire gasket made of materials that allow the detection of strains or compression due to changes in electrical conductivity or charge;
f) embodiment of the seal such that changes caused by pressure can be measured capacitively or inductively;
g) Installation of sensor elements for pressure measurement in stuffing box packing etc.

Diese Ausgestaltungen schließen folgende Dichtungsarten ein:

a) Dichtungen für rotierende Abdichtungsaufgaben, wie z. B. Lippenringe. Durch die richtige Platzierung und Ausrichtung kann das Drucksignal von anderen Einflüssen getrennt werden.
b) Dichtungen für oszillierende Abdichtungsaufgaben, wie z. B. V-Ringe, Dachmanschetten, Step-Seals, Lippenringe, Stopfbuchspackungen;
c) O-Ringe;
d) Fachdichtungen für Flansche, Behälter usw.
e) spezielle Dichtungsarten, wie sie beispielsweise in der Hygienetechnik, der Hochdrucktechnik usw. zur Anwendung gelangen.

These embodiments include the following types of seals:

a) seals for rotating sealing tasks, such. B. lip rings. Proper placement and alignment can separate the pressure signal from other influences.
b) seals for oscillating sealing tasks, such. B. V-rings, roof cuffs, step seals, lip rings, stuffing box packings;
c) o-rings;
d) Special seals for flanges, containers, etc.
e) special types of gaskets, as used for example in hygiene technology, high-pressure technology, etc. are used.

Die Erfindung wird im folgenden in Form einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:The Invention will be described below in the form of some embodiments with reference to Drawing closer explained. Hereby show:

1 schematisch einen Dichtring mit einem auf die Oberfläche applizierten Dehnungsmessstreifen als Sensorelement; 1 schematically a sealing ring with a strain gauge applied to the surface as a sensor element;

2a schematisch in Seitenansicht eine Dichtung mit einem auf der Dichtungsoberfäche angebrachten Sensorelement, das eine relativ kleine Sensorfläche aufweist; 2a schematically, in side view, a seal with a mounted on the Dichtungsoberfäche sensor element having a relatively small sensor surface;

2b ein in die Dichtung integriertes Sensorelement und 2 B a sensor element integrated into the seal and

2c ein an der Oberfläche der Dichtung angebrachtes Sensorelement, das sich über die gesamte Dichtungsoberfläche ausbreitet; 2c a sensor element attached to the surface of the gasket and spreading over the entire gasket surface;

3 schematisch in Seitenansicht eine Dichtung mit sich in unterschiedlichen Richtungen erstreckenden Sensorelementen; 3 schematically in side view a seal with extending in different directions sensor elements;

4 eine Dichtung mit sich quer zur Dichtungsachse über die gesamte Dichtungsoberfläche erstreckendem Sensorelement; 4 a seal with sensor element extending transversely to the seal axis over the entire seal surface;

5a schematisch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Wellendichtring im Normalzustand und 5a schematically a inventively designed shaft seal in the normal state and

5b in einem durch die erfindungsgemäße Messeinrichtung erfassten Zustand einer gewissen Nachgiebigkeit; 5b in a detected by the measuring device according to the invention state of a certain compliance;

6 schematisch perspektivisch einen Dichtring mit Sensorelementen, die in unterschiedlichen Richtungen angeordnet sind; 6 schematically perspective view of a sealing ring with sensor elements which are arranged in different directions;

7 schematisch einen Dichtring mit einem Sensorelement, das sich über den gesamten Umfang des Dichtrings erstreckt; 7 schematically a sealing ring with a sensor element which extends over the entire circumference of the sealing ring;

8 schematisch im Diagramm das über die Zeit aufgezeichnete Dehnungssignal der erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtung mit kurzzeitiger statischer Belastung und 8th schematically in the diagram the time-recorded strain signal of the inventively designed seal with short-term static load and

9 schematisch im Diagramm das Dehnungsmessdiagramm einer erfindungsgemäß ausgestalteten Dichtung beim Übergang von einer geschmierten auf eine trockene Kolbenfläche. 9 schematically in the diagram, the strain gauge of an inventively out Staggered seal when passing from a lubricated to a dry piston surface.

Wie aus 1 ersichtlich, dient die dargestellte Dichtung 1, die die Form eines Dichtrings aufweist, als Messeinrichtung zum Erfassen des auf sie ausgeübten Drucks und damit der hieraus resultierenden Nachgiebigkeit. Zu diesem Zweck ist der Dichtring 1 an seinem Außenumfang mit einem Sensorelement in Form eines Dehnungsmessstreifens versehen, so dass hierdurch sämtliche Zustandsänderungen der Dichtung 1 selbst und damit auch der umgebenden Bauteile erfasst werden können.How out 1 can be seen, the illustrated seal is used 1 , which has the shape of a sealing ring, as a measuring device for detecting the pressure exerted on it and thus the resulting flexibility. For this purpose, the sealing ring 1 provided on its outer circumference with a sensor element in the form of a strain gauge, so that thereby all changes in state of the seal 1 itself and thus also the surrounding components can be detected.

In 2a bis c ist im einzelnen schematisch dargestellt, in welcher Weise das Sensorelement 2 mit der Dichtung 1 verbunden sein kann. So ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2a das Sensorelement 2 durch geeignete Fertigungsmassnahmen (Aufdampfen, galvanisch Applizieren, Kleben, Aufdrucken) auf die Oberfläche der Dichtung 1 aufgebracht und erstreckt sich nur über eine relativ kleine Dichtungsoberfläche.In 2a to c is shown schematically in detail, in which way the sensor element 2 with the seal 1 can be connected. Thus, in the embodiment according to 2a the sensor element 2 by suitable manufacturing measures (vapor deposition, galvanic application, gluing, printing) on the surface of the seal 1 applied and extends only over a relatively small sealing surface.

Demgegenüber ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2b das Sensorelement 2 in die Dichtung 1 integriert, während es bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2c wieder an der Oberfläche der Dichtung 1 angebracht ist, sich jedoch über den gesamten Umfang der Dichtung 1 erstreckt.In contrast, in the embodiment according to 2 B the sensor element 2 in the seal 1 integrated, while in the embodiment according to 2c back to the surface of the seal 1 is appropriate, however, over the entire circumference of the seal 1 extends.

Die Art der Ausrichtung des jeweiligen Sensorelementes 2 im Verhältnis zur Dichtung 1 ist des Beispiels halber in 3 und 4 dargestellt. Hierbei ist im oberen Teil von 3 ersichtlich, dass sich das Sensorelement 2 in Richtung der Dichtungsachse 3 erstreckt, während es im unteren Teil von 3 quer zur Dichtungsachse 3 verläuft. In beiden Fällen ist jedoch das Sensorelement 2 mit einer entsprechenden Messeinrichtung 4 zum Erfassen der betreffenden Messsignale des Sensorelementes 2 versehen.The type of alignment of the respective sensor element 2 in relation to the seal 1 is in for the sake of example 3 and 4 shown. Here is in the upper part of 3 it can be seen that the sensor element 2 in the direction of the sealing axis 3 extends while it is in the lower part of 3 transverse to the sealing axis 3 runs. In both cases, however, the sensor element 2 with a corresponding measuring device 4 for detecting the relevant measurement signals of the sensor element 2 Mistake.

Aus 4 ist eine abgewandelte Ausführungsform des Sensorelementes 2 ersichtlich; dieses erstreckt sich über den gesamten Umfang der Dichtung 1, wobei es quer zur Dichtungsachse 3 verläuft.Out 4 is a modified embodiment of the sensor element 2 visible; this extends over the entire circumference of the seal 1 where it is transverse to the sealing axis 3 runs.

Bei der Ausführungsform gemäß 5 ist die Dichtung 1 als Wellendichtring dargestellt, die in der üblichen Weise eine sich drehende Welle 5 gegenüber einem feststehenden Bauteil 6 abdichtet. Wenn nun die im Normalzustand befindliche Dichtung 1 gemäß 5a aufgrund veränderter Dichtungszustände (erhöhter Druck, Verschleiß usw.) unterworfen wird, wird diese ausgelenkt, d. h. gibt in entsprechender Weise nach, wie in 5b angedeutet. Hierbei sind dann beidseits an der Dichtung 1 angebrachte Sensorelemente 2, beispielsweise in Form von Dehnungsmessstreifen, in der Lage, eine derartige Nachgiebigkeit sofort zu erfassen und in geeigneter Weise anzuzeigen.In the embodiment according to 5 is the seal 1 shown as a shaft seal, which is a rotating shaft in the usual way 5 opposite a fixed component 6 seals. If now the normal state seal 1 according to 5a is subjected due to changing sealing conditions (increased pressure, wear, etc.), this is deflected, ie gives in accordance with, as in 5b indicated. These are then on both sides of the seal 1 attached sensor elements 2 For example, in the form of strain gauges, able to immediately detect such a compliance and display appropriate.

In 6 ist perspektivisch ein Dichtring 1 dargestellt, bei dem des Beispiels halber das links gezeigte Sensorelement 2, das auf der Oberfläche der Dichtung 1 aufgebracht ist, sich quer zur Dichtungsachse 3 erstreckt, während das rechts in 6 dargestellte Sensorelement 2 in Richtung der Dichtungsachse 3 verläuft. Hierdurch ist es aufgrund der vorgesehenen zwei autarken Sensorelemente 2 möglich, – beispielsweise in Form von Dehnungsmessstreifen – sowohl Kippungen der Dichtung 1 (mittels des in Achsrichtung verlaufenden rechten Sensorelementes 2) als auch Durchmesserveränderungen der Dichtung 1 (mittels des in Umgangsrichtung verlaufenden linken Sensorelementes 2) zu registrieren.In 6 is in perspective a sealing ring 1 in which, for the sake of example, the sensor element shown on the left is shown 2 that on the surface of the seal 1 is applied, transversely to the sealing axis 3 extends while the right in 6 illustrated sensor element 2 in the direction of the sealing axis 3 runs. This is due to the provided two self-sufficient sensor elements 2 possible, for example in the form of strain gauges, both tilting of the seal 1 (By means of extending in the axial direction right sensor element 2 ) as well as diameter changes of the seal 1 (By means of extending in the direction of access left sensor element 2 ) to register.

Demgegenüber zeigt 7 ein mit einer Messeinrichtung verbundenes Sensorelement 2, das an der Oberfläche der Dichtung 1 verläuft, sich jedoch über den gesamten Dichtungsumfang – quer zur Dichtungsachse 3 – erstreckt.In contrast, shows 7 a sensor element connected to a measuring device 2 that is on the surface of the seal 1 runs, but over the entire seal circumference - transverse to the seal axis 3 - extends.

Aus 8 ist das Dehnungssignal einer mit Dehnungsmessstreifen als Sensorelement 2 ausgestatteten Dichtung 1 im Diagramm ersichtlich, wobei die an der Messeinrichtung 4 gemessene Axialspannung V über der Zeit s aufgetragen ist und deutlich die kurzzeitige statische Belastung erkannt werden kann, die sich ergibt, wenn die Dichtung 1 als Druckmesser bzw. als Fluidniveaumesser dient.Out 8th is the strain signal with a strain gauge as a sensor element 2 equipped seal 1 can be seen in the diagram, with the at the measuring device 4 measured axial stress V over the time s is plotted and clearly the short-term static load can be detected, which results when the seal 1 serves as a pressure gauge or as a fluid level gauge.

In ähnlicher Weise ist aus 9 im Diagramm das Dehnungsmesssignal der Dichtung beim Übergang von einer geschmierten auf eine trockene Kolbenfläche erkennbar.In a similar way is off 9 The diagram shows the strain gauge signal of the seal during the transition from a lubricated to a dry piston surface.

Hinsichtlich vorstehend nicht näher erläuterter Merkmale wird im übrigen ausdrücklich auf die Zeichnung sowie auf die Ansprüche verwiesen.Regarding not closer Illustrated Features will be otherwise expressly refer to the drawings and to the claims.

Claims

Device for the early detection of disturbances of technical or physical parameters of machines or devices and / or their components, characterized in that as a device for the early detection of disturbances at least one provided for the machine or its component static or in particular dynamic seal ( 1 ), which is connected to a measuring device ( 4 ) for detecting the technical or physical condition of the seal ( 1 ) itself or whose state change is provided.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the measuring device ( 4 ) at least one sensor element ( 2 ) for detecting the by Wear or disruption of the seal ( 1 ) itself, by the seal ( 1 ) component to be sealed ( 5 ) and / or on the entire machine caused change of state of the seal ( 1 ) having.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the sensor element ( 2 ) the resilience of the seal or its deformation caused thereby and / or the expansion or compression of the seal ( 1 ) and / or a pressure-induced change of the seal ( 1 ) and / or vibrations or vibrations of the machine or of a component ( 5 . 6 ) of this.

Device according to claim 2 or 3, characterized in that the sensor element ( 2 ) is a strain gauge (DMS).

Device according to claim 2 or 3, characterized in that the sensor element ( 2 ) is a piezo film or a piezoelectric element.

Device according to claim 2 or 3, characterized in that the sensor element ( 2 ) is a capacitive evaluable element.

Device according to claim 2 or 3, characterized in that the sensor element ( 2 ) is an inductively evaluable element.

Device according to claim 2 or 3, characterized in that the sensor element ( 2 ) from the material of the seal ( 1 ) itself, which is selected such that it is capable of detecting strains or compressions of the seal ( 1 ) is allowed for changes in electrical conductivity or charge.

Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that the sensor element ( 2 ) on the surface of the seal ( 1 ) is attached or mounted thereon and extends over at least a part of the sealing surface.

Device according to claim 9, characterized in that the sensor element ( 2 ) is evaporated on the sealing surface, printed or glued.

Device according to one of claims 2 to 7, characterized in that the sensor element ( 2 ) in the seal ( 1 ) is integrated.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor element ( 2 ) transverse to the sealing axis ( 3 ) and / or in the direction of the sealing axis ( 3 ).