WEAR SENSOR FOR MECHANICAL SEALS

Abstract: 1. A wear sensor for the stationary (held fixed against rotation) slide ring (3) of a mechanical seal with its sliding surface (4), positioned in a radial plane, contacting a rotating counter ring (5), which wear sensor emits an electric control signal which can be evaluated for indication and/or control purposes, after the removal of a given axial wear layer thickness (D), having two mutually insulated electrodes (13) of electrically conductive material, which are hoth arranged at an angle to each other on the stationary slide ring (3) with their front ends (13"), facing the sliding surface (4) of the latter, at a distance from this sliding surface corresponding to the given wear layer thickness (D), and at an essentially equal radial distance (R) from the seal axis (7), lying within the radial width (G) of the sliding surface (6) of the counter ring (5), and having an evaluation circuit (17) which responds to changes in the electrical resistance between two input poles (A, B) with emission of the electric control signal, the two input poles (A, B) of which are connected to the electrodes (13), characterized in that at least the front end (13") of at least one of the electrodes (13) is composed of an electrically at least semi-conducting material of lower mechanical strength than the counter ring (5), by means of which an adhering material trace can be applied by abrasion on the sliding surface (6) of the counter ring (5).

Description: Verschleissindikator für eine Gleitringdichtung. Die Erfindung betrifft einen Verschleissindikator für den stationären (drehfest gehaltenen), mit seiner in einer Radialebene gelegenen Gleitfläche an einem rotierenden Gegenring anliegenden Gleitring einer Gleitringdichtung, welcher nach Abtragung einer vorgegebenen axialen Verschleissschicht-Dicke ein für Melde- und/oder Steuer zwecke auswertbares elektrisches Steuersignal abgibt, mit zwei gegeneinander isolierten Elektroden aus elektrisch leitendem Material, welche beide am stationären Gleitring mit ihren zu dessen Gleitfläche gerichteten frontseitigen Enden in einem der vorgegebenen Verschleissschicht-Dicke entsprechenden Abstand von dieser Gleitfläche, sowie in einem innerhalb der radialen Breite der Gleitfläche des Gegenringes liegenden, im wesentlichen gleich grossen Radialabstand von der Dichtungsachse winkelmässig versetzt angeordnet sind und mit einer auf Änderungen des elektrischen Widerstandes zwischen zwei Eingangspolen unter Abgabe des elektrischen Steuersignals reagierende Auswertschaltung, deren beide Eingangspole an die Elektroden angeschaltet sind. Bei einem bekannten derartigen Verschleissindikator (DE-GM 73 43 216) schliesst sich nach Abtragung der Verschlussschicht der Stromkreis zwischen den beiden Eingangspolen der Auswertschaltung über die eine Elektrode, dem aus elektrisch leitendem Material bestehenden rotierenden Gegenring und die andere Elektrode. Bei diesem bekannten Verschleissindikator kann zwar eine im wesentlichen geschlossene Gleitfläche des stationären Gleitringes auch nach seinem Ansprechen aufrechterhalten werden. Es besteht jedoch die Gefahr, dass sich die freigelegten, beispielsweise aus Drahtstiften bestehenden Elektroden in die Gleit fläche des rotierenden Gegenringes einarbeiten, so dass dieser erst durch die Einwirkung eines Bestandteiles des Verschleissindikators betriebsunfähig wird und ebenfalls erneuert werden muss. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verschleissindikators besteht darin, dass er zu seiner Funktionsfähigkeit zwingend einen aus elektrisch leitendem oder mindestens halbleitendem Material bestehenden rotierenden Gegenring benötigt, so dass sein Einsatzgebiet stark eingeschränkt ist. Bei einem anderen bekannten Verschleissindikator für Gleitringdichtungen (DE-OS 33 04 097) erstreckt sich, ausgehend von der Rückseite des stationären Gleitringes, eine Sacklochbohrung bis zu einem Abstand von der Gleitfläche dieses Gleitringes, welcher gleich der Dicke der betriebsmässig abtragbaren Verschleissschicht ist. Diese Sacklochbohrung ist über eine Leitung mit einem Indikator, beispielsweise einer Auffangflasche, einem Strömungswächter oder einem Druckschalter verbunden, der ein Steuer- oder Meldesignal abgibt, wenn durch Verschleiss aus der Sacklochbohrung eine Durchgangsbohrung wird, die sich zur Gleitfläche öffnet und in die das abzudichtende Medium eintritt. Dieser bekannte Verschleissindikator ist zwar auch bei rotierenden Gegenringen aus nichtleitendem Material funktionsfähig, hat aber den Nachteil, dass er nur bei relativ grossen Dichtungsabmessungen einsetzbar ist, bei Trockenlauf oder betriebsmässig sehr geringer Leckrate keine sichere Anzeige erhalten werden kann und dass im Bereich der offengelegten Sacklochbohrung der sich zwischen den Gleitflächen bildende hydrodynamische Schmierfilm abreisst und dadurch Trockenlauf auftreten kann, der zu einer Auswechslung unmittelbar nach Ansprechen des Verschleissindikators zwingt. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verschleissindikator für den stationären Gleitring zu schaffen, der sowohl bei einem aus isolierendem Material bestehenden rotierenden Gegenring funktionsfähig ist, als auch bei seiner Auslösung zu keiner schädlichen Unterbrechnung in der Gleitfläche im stationären Gleitring führt. Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Verschleissindikator der eingangs genannten Art bei aus beliebigem Material bestehenden Gleitring und Gegenring erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das frontseitige Ende mindestens einer der Elektroden aus einem, bezogen auf den Gegenring geringere mecha nische Festigkeit aufweisendem, elektrisch wenigstens halbleitendem Material besteht, mit dem durch Abrieb auf der Gleitfläche des Gegenringes eine haftende Material spur auftragbar ist. Bei dieser Ausbildung wird nach Abtragung der vorgegebenen Verschleissschicht-Dicke der Stromkreis zwischen den beiden Elektroden und damit zwischen den beiden Eingangspolen der Auswertschaltung durch die auf den sich drehenden Gegenring aufgetragene leitende Materialspur geschlossen, welche von einer oder beiden Elektroden stammt. Es braucht daher weder der Gleitring, noch der Gegenring aus elektrisch leitendem oder halbleitendem Material zu bestehen, wobei. selbstverständlich die Funktionsfähigkeit auch dann gegeben ist, wenn der Gleitring und/oder der Gegenring aus leitendem Material gebildet ist. Der erfindungsgemässe Verschleissindikator ist daher universell bei beliebigen Werkstoffpaarungen fUr den Gleitring und Gegenring einsetzbar. Eine vereinfachte Lösung der Aufgabe ergibt sich, wenn der stationäre Gleitring aus elektrisch leitendem oder halbleitendem Material besteht. Ausgehend von einem Verschleissindikator der eingangs genannten Art, der jedoch im stationären Gleitring nur eine gegen diesen isolierte Elektrode aufweist, die an den einen der beiden Eingangspole der Auswertschaltung angeschaltet ist, besteht erfindungsgemäss die Lösung dieser Aufgabe darin, dass mindestens das frontseitige Ende der Elektrode aus einem, bezogen auf den Gegenring geringere mechanische Festigkeit aufweisendem, elektrisch wenigstens halbleitendem Material besteht, mit dem durch Abrieb auf der Gleitfläche des Gegenringes eine haftende Materialspur auftragbar ist und dass der stationäre Gegenring an den anderen Eingangspol der Auswertschaltung angeschaltet ist. In diesem Fall übernimmt der stationäre Gleitring auch die Funktion einer Elektrode. Vorzugsweise besteht mindestens das frontseitige Ende jeder Elektrode aus Graphit. In vorteilhafter und an sich bekannter -Ausgestaltung ist jede Elektrode vorzugsweise in einer von der Rückseite des stationären Gleitringes ausgehenden Sacklochbohrung zusammen mit einer sie seitlich und stirnseitig umhüllenden elektrischen Isolierung angeordnet. Dabei umschliesst vorteilhaft jeweils eine Hülse aus elektrisch leitendem Material einerseits die von ihrer Aderisolation freigelegte Ader einer isolierten elektrischen Anschlussleitung und andererseits das rückseitige Ende einer Elektrode, wobei die die Sacklochbohrung ausfüllende elektrische Isolierung auch die Hülse umhüllt. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt: Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine mit einem erfindungsgemässen Verschleiss indikator ausgerüstete Gleitringdichtung und Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1 in ver grösserter Schnittdarstellung. Die mit einem Verschleissindikator ausgerüstete Gleitringdichtung enthält in üblicher Weise einen in einem Dichtungsgehäuse 1 über einen O-Ring 2 abdichtend gelagerten, aus leitendem oder halbleitendem Material bestehenden stationären Gleitring 3, an dessen in einer Radialebene gelegenen Gleitfläche 4 ein Gegenring 5 mit seiner Gleitfläche 6 anliegt. Der Gegenring ist dichtend, drehfest und axial verschieblich auf einer um ihre Achse (gleichzeitig auch Dichtungsachse) 7 umlaufenden Welle 8 angeordnet und durch Schraubenfedern 9 in Richtung auf den stationären Gleitring 3 vorgespannt. Dieser Gleitring 3 weist im Neuzustand im Anschluss an seine Gleitfläche 4 eine Verschleissschicht aüf, die beim Betrieb der Gleitringdichtung um eine axiale Dicke D, d.h. bis zu einer neuen Lage der Gleitfläche 4' abgetragen werden kann, ohne dass die Betriebssicherheit gefährdet ist. Der Gleitring 3 enthält eine von seiner der Gleitfläche 4 gegenüberliegenden Rückseite ausgehende gestufte Sacklochbohrung 10, deren Achse 11 sich parallel zur Wellen- und Dichtungsachse 7 erstreckt und innerhalb der radialen Breite G der Gleitfläche 6 des rotierenden Gegenringes 5 verläuft. Im Neuzustand erstreckt sich der kleinste und innerste Bohrungsabschnitt 10' der Sacklochbohrung um einen kleinen, in der Grössenordnung eines Millimeters liegenden Betrag näher an die Gleitfläche 4, als der Ver schleissschicht-Dicke D entspricht. Eine Hülse 12 aus elektrisch leitendem Material verbindet kraft- und/oder formschlüssig das rückwärtige Ende 13' -einer in Form eines zylindrischen Stiftes aus Graphit ausgebildeten Elektrode 13 mit der von ihrer Aderisolation 14' freigelegten Ader 14" einer Anschlussleitung 14. Die Einheit aus Elektrode 13 und Hülse 12 ist in der Sacklochbohrung 10 koaxial zu ihrer Achse 11 so angeordnet, das sich das frontseitige Ende 13" der Elektrode 13 in dem kleinsten Bohrungsabschnitt 10' und die Hülse 12 in dem weiteren Teil der Sacklochbohrung 10 unter Belassung eines allseitigen Freiraumes befindet, wobei die Stirn fläche der Elektrode 13 in der Ebene liegt, welche die nach Abtragung der Verschleissschicht-Dicke D gebildete abgenützte Gleitfläche 4' enthält. Der Freiraum ist mit einer elektrischen Isolierung 15 ausgefüllt, die auch die Elektrode und Hülse mechanisch in der Sacklochbohrung fixiert. Der stationäre Gleitring 3 ist über eine weitere Anschlussleitung 16 mit einem Eingangspol A und die Elektrode 13 ist über ihre Anschlussleitung 14 mit einem Eingangspol B einer Auswertschaltung 17 verbunden, welche abhängig von der Veränderung des zwischen ihren Eingangspolen A, B anliegenden äusseren Widerstandes ein elektrisches Steuersignal an ihren Ausgangspolen S, T abgibt. Wird im Betrieb der Gleitringdichtung die Verschleissschicht um die Dicke D abgetragen, so wird die Elektrode 13 freigelegt und gelangt in Kontakt mit dem rotierenden Gegenring 5, wobei das Graphit-Material der Elektrode 13 auf dessen Gleitfläche 6 durch Abrieb eine kreisförmige leitende Bahn bildet, welche eine elektrische Verbindung zwischen der isolierend in dem stationären Gleitring 3 eingebauten Elektrode 13 und diesem Gleitring und damit auch eine Leitverbindung zwischen den Eingangspolen A, B der Auswertschaltung 17 herstellt. Bei einer abgewandelten Ausführungsform des Verschleissindikators, dessen Funktion auch bei einem aus isolierendem Material bestehenden Gleitring 3 gegeben ist, ist eine zweite, gleich ausgebildete und angeordnete Elektrode winkelmässig versetzt im gleichen Radialabstand R im Gleitring 3 eingebaut (in Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet), wobei der Eingangspol A der Auswerteschaltung mit dieser zweiten Elektrode anstelle mit dem Gleitring 3 verbunden ist. Die nach Abtragung der Verschleissschicht von beiden Elektroden 13 aufgetragene leitende Bahn verbindet diese beiden Elektroden und damit die Eingangspole A, B.

Claims: PATENTANSP RUCHE 1. Verschleissindikator für den stationären (drehfest ge haltenen), mit seiner in einer Radialebene gelegenen Gleitfläche an einem rotierenden Gegenring anliegenden Gleitring einer Gleitringdichtung, welcher nach Ab tragung einer vorgegebenen axialen Verschleissschicht Dicke ein für Melde- und/oder Steuerzwecke auswert bares elektrisches Steuersignal abgibt, mit zwei gegen einander isolierten Elektroden aus elektrisch leitendem Material, welche beide am stationären Gleitring mit ihren zu dessen Gleitfläche gerichteten frontseitigen Enden in einem der vorgegebenen Verschleissschicht-Dicke entsprechenden Abstand von dieser Gleitfläche, sowie in einem innerhalb der radialen Breite der Gleitfläche des Gegenringes liegenden, im wesentlichen gleich grossen Radialabstand von der Dichtungsachse winkelmässig versetzt angeordnet sind, und mit einer auf Änderungen des elektrischen Widerstandes zwischen zwei Eingangspolen unter Abgabe des elektrischen Steuersignals reagierenden Auswertschaltung, deren beide Eingangspole an die Elek troden angeschaltet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens das frontseitige Ende (13") mindestens einer der Elek troden (13) aus einem, bezogen auf den Gegenring (5) geringere mechanische Festigkeit aufweisendem, elek trisch wenigstens halbleitendem Material besteht, mit dem durch Abrieb auf der Gleitfläche (6) des Gegen ringes (5) eine haftende Materialspur auftragbar ist. 2. Verschleissindikator für den stationären (drehfest gehaltenen), mit seiner in einer Radialebene gelegenen Gleitfläche an einem rotierenden Gegenring anliegenden, aus elektrisch leitendem oder halbleitendem Material bestehenden Gleitring einer Gleitringdichtung, welcher nach Abtragung einer vorgegebenen axialen Verschleiss schicht-Dicke ein für Melde- und/oder Steuerzwecke auswertbares elektrisches Steuersignal abgibt, mit einer isolierten Elektrode aus elektrisch leitendem Material, welche am stationären Gleitring mit ihrem zu dessen Gleitfläche gerichtetem frontseitigen Ende in einem der vorgegebenen Verschleissschicht-Dicke entsprechenden Abstand von dieser Gleitfläche, sowie in einem innerhalb der radialen Breite der Gleitfläche des Gegenringes liegenden Radialabstand von der Dich tungsachse angeordnet ist, und mit einer auf Änderungen des elektrischen Widerstandes zwischen zwei Eingangs polen unter Abgabe des elektrischen Steuersignals rea gierenden Auswertschaltung, von der ein Eingangspol an die Elektrode angeschaltet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens das front seitige Ende (13") der Elektrode (13) aus einem, bezogen auf den Gegenring (5) geringere mechanische Festigkeit aufweisendem, elektrisch wenigstens halb leitendem Material besteht, mit dem durch Abrieb auf der Gleitfläche (6) des Gegenringes (5) eine haftende Material spur auftragbar ist und dass der stationäre Gleitring an den anderen Eingangspol (A) der Auswert schaltung (17) angeschaltet ist. 3. Verschleissindikator nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens das frontseitige Ende (13") jeder Elektrode (13) aus Graphit besteht. 4. Verschleissindikator nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jede Elektrode (13) in einer von der Rückseite des statio nären Gleitringes (3) ausgehenden Sacklochbohrung (10) zusammen mit einer sie seitlich und stirnseitig um hüllenden elektrischen Isolierung (15) angeordnet ist. 5. Verschleissindikator nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jeweils eine Hülse (12) aus elektrisch leitendem Material einer seits die von ihrer Aderisolation (14') freigelegte Ader (14") einer isolierten elektrischen Anschluss leitung (14) und andererseits das rückseitine Ende (13") einer Elektrode (13) umschliesst und dass die die Sack lochbohrung (10) ausfüllende elektrische Isolierung (15) auch die Hülse (12) umhüllt. 6. Verschleissindikator nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e.k e n n z e i c h n e t, dass die Backloc-hbohrung (10) im Durchmesser gestuft aus gebildet ist und dass der innerste, im Durchmesser kleinste Bohrungsabschnitt (10') ausschliesslich das aus Graphit bestehende frontseitige Ende (13") der Elektrode (13) und den dieses umhüllenden Teil der elektrischen Isolierung (15) aufnimmt. 7. Verschleissindikator nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Hülse (12) und ein Anfangsabschnitt der Aderisolation (14) von der elektrischen Isolierung (15) umhüllt ist und dass der Anfang der Aderisolation (15) in die Sacklochbohrung (10) einsteht. 8. Verschleissindikator nach Anspruch 5 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Hülse (12) aus einer leitenden oder halbleitenden Verbindungsmasse besteht.

Inventors: RIEBEL, HARTMUT, ZECHMEISTER, JOHANN
Applicants: FEODOR BURGMANN DICHTUNGSWERKE GMBH & CO.
Application year: 1985
Main classification: F16J15
IPC codes: F16J15