DE102011102477A1

DE102011102477A1 - Dichtring

Info

Publication number: DE102011102477A1
Application number: DE102011102477A
Authority: DE
Inventors: Carlos Fangauf; Marko Wrage
Original assignee: Blohm and Voss Industries GmbH
Current assignee: SKF Marine GmbH
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-11-29
Also published as: US20130313786A1; CA2826334A1; RU2013129562A; KR20140015335A; JP2014518994A; WO2012159597A1; CN103299113A

Abstract

Bei Dichtringen zum Abdichten von Wellen für Propellerwellen, Flügelradwellen, Ruderschäften von Schiffen ist eine Anordnung vorgesehen, wobei ein Einspannelement in zugeordneten gehäusefesten Stützringen als Einbauraum mit einem anschließenden Zwischenteil als Membran und einem der Welle zugewandten abgewinkelten Element mit Ausbildung einer Dichtlippe zur Anlage auf der Welle vorgesehen ist. Dabei ist der Kontaktbereich der Dichtlippe auf der Welle durch einen kreisförmigen Dichtungsbereich mit einem konstanten Radius über den gesamten Einstellbereich gebildet. Alternativ ist der Kontaktbereich der Dichtlippe auf der Welle durch einen kreisförmigen Dichtungsbereich gebildet, wobei im unbelasteten Zustand der Dichtungsbereich im abzudichtenden Medium zugewandten Bereich einen kleineren Radius gegenüber einem Radius im rückwärtigen Bereich der Dichtlippe aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dichtring zum Abdichten von Wellen, insbesondere von Wasser gegen Wasser bzw. Wasser gegen Luft, für Propellerwellen, Flügelradwellen, Ruderschäften von Schiffen, bestehend aus einem Einspannelement in zugeordneten gehäusefesten Stützringen als Einbauraum mit einem anschließenden Zwischenteil als Membran und einem der Welle zugewandten abgewinkelten Element mit Ausbildung einer Dichtlippe zur Anlage auf der Welle, wobei im abgewinkelten Element oberhalb der Dichtlippe eine Aufnahmerinne mit einer Feder angeordnet ist.
Wellendichtungen zum Abdichten dieser Art sind in unterschiedlichen Ausbildungen bekannt. Nach der DE 37 42 080 C ist eine Wellendichtung für eine Schiffspropellerwelle zum Abdichten von Außenwasser gegen ein gasförmiges Medium mit einer ringförmigen Dichtlippe aus elastomerem Werkstoff vorgeschlagen worden, wobei der Dichtbereich eckig ausgeführt ist, um zur besseren Schmierung eine Leckage von Wasser durch einen Spalt zwischen Dichtleiste und Welle einzuleiten. Ferner ist nach der DE 41 41 999 eine Lippendichtung dieser Art bekannt, bei der die Auflagekraft der Dichtlippe nicht proportional zum Druck des abzudichtenden Mediums, sondern degressiv zu diesem ansteigt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Ausbildung für den Dichtbereich zu schaffen, der ein Abrollen einer Dichtlippe zur Verringerung eines Linienkraftanstiegs bei steigender Druckbelastung ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss dadurch, dass der Kontaktbereich der Dichtlippe auf der Welle durch einen kreisförmigen Dichtungsbereich mit einem konstanten Radius über den gesamten Einstellbereich aufweist.
Hierdurch werden relativ kleine Kontaktwinkel im stirnseitigen und bodenseitigen Bereich möglich, die identisch bei unterschiedlichen Einstellungen bleiben und vorteilhaft für die Abdichtung von niederviskosen Flüssigkeiten, wie Wasser, sind.
Durch die Walzbewegung der Dichtlippe verkleinert sich auch die radiale hydraulisch wirksame Fläche bei Druckbelastung im Vergleich zu herkömmlichen Dichtkanten.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass der Kontaktbereich der Dichtlippe auf der Welle durch einen kreisförmigen Dichtungsbereich gebildet ist, wobei im unbelasteten Zustand der Dichtungsbereich im abzudichtenden Medium zugewandten Bereich einen kleineren Radius gegenüber einem Radius im rückwärtigen Bereich der Dichtlippe aufweist.
Bei dieser Ausbildung werden die Kontaktwinkel bei Druckbelastung durch Verdrehung der Dichtlippe kleiner und dabei wird die Laufspur breiter. Diese beiden Maßnahmen fördern eine stabile Schmierführausbildung, die bei höherer Druckbelastung besonders wichtig ist. Die Kontaktwinkel und die Laufspurbreite passen sich damit dem vorherrschenden Druck an. Ferner ist der stirnseitige Kontaktwinkel grundsätzlich größer als der bodenseitige Kontaktwinkel, so dass sich eine asymmetrische Druckverteilung im Dichtbereich einstellt. Für bestimmte niederviskose Flüssigkeiten ist dieses vorteilhaft für die tribologische Ausbildung des Schmierfilms.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Verhältnis zwischen dem kleinen Radius gegenüber dem großen Radius der Dichtlippe einen Faktor 2 bis 3 aufweist.
Ferner ist vorgesehen, dass auf einer Mittelsenkrechten der Welle über dem Kontaktbereich der Dichtlippe im unbelasteten Zustand die Radien einen Übergang bilden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Übergang der unterschiedlichen Radien der Dichtlippe stufenlos ausgebildet ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 einen unbelasteten Dichtring mit einem konstanten Radius im Kontaktbereich der Dichtlippe;
2 einen druckbelasteten Dichtring gemäss 1;
3 eine weitere Ausführungsform eines unbelasteten Dichtringes mit einem kleineren Radius im den abzudichtenden Medium zugewandten Bereich gegenüber einem Radius im rückwärtigen Bereich der Dichtlippe und
4 einen druckbelasteten Dichtring gemäss 3
Die dargestellten Dichtringe 1 bestehen aus einem oberen Einspannelement 3, das in gehäusefesten metallischen Stützringen 4, 5 flüssigkeitsdicht in bekannter Weise eingespannt ist. An das Einspannteil 3 der Dichtung 1 schließt sich ein Zwischenteil 6 als Membran an, das unter einem Winkel gegenüber einer Horizontalen durch eine Welle 7 gebildet ist.
Das Zwischenteil 6 ist mit einem einer abzudichtenden Welle 7 zugewandten abgewinkelten Bereich 8 der Dichtung verbunden und bildet mit seinem Endbereich eine Dichtlippe 2, die auf der Welle 7 mit dem stirnseitigen Kontaktwinkel alpha und dem bodenseitigen Kontaktwinkel beta aufliegt.
Gemäss 1 und 2 ist die Dichtlippe 2 durch einen kreisförmigen Dichtungsbereich 11 des abgewinkelten Bereiches 8 der Dichtung 1 gebildet. Dieser Bereich besitzt einen konstanten Radius R über den gesamten Einstellbereich der Dichtlippe 2, so dass die Kontaktwinkel alpha und beta gleich sind. Der Radius R besitzt seinen Ausgangspunkt auf der Mittelsenkrechten 10 der Welle 7 über dem Kontaktbereich der Dichtlippe 2 im unbelasteten Zustand.
Der Radius ist normalerweise bei kleinen Dichtringen etwa mit 3 mm und bei größeren Dichtringen mit etwa 15 mm bemessen.
Zur Bildung eines Anpressdruckes der Dichtlippe 2 auf die Welle 7 ist neben dem elastischen Rückstellelement des abgewinkelten Bereiches 8 der Dichtring 1 eine zugeordnete Feder 9 vorgesehen. Die Feder 9 ist dabei in einer Aufnahmerinne als Federtasche aufgenommen.
Die gleichen Kontaktwinkel alpha und beta werden durch die Tangente im Kontaktbereich zwischen Dichtlippe 2 und Welle 7 gebildet und sind dementsprechend relativ klein. Dieses ist von Vorteil bei der Abdichtung von niederviskosen Flüssigkeiten, wie Wasser. Die kreisrunde Ausführung des Dichtbereiches durch die Dichtlippe 2 und die Verformung der Membran 6 ermöglicht eine Wälzbewegung der Dichtlippe 2 auf die Welle 7. Die Verformung der Membran 6 kann durch eine Druckbelastung oder durch radialen Versatz der Welle verursacht werden. Dabei bleiben die Kontaktwinkel alpha und beta unverändert. Durch die Wälzbewegung (Abrollen) der Dichtlippe 2 verkleinert sich die radiale hydraulisch wirksame Fläche A bei Druckbelastung (A₂ < A₁). Dies bewirkt eine Verringerung des Linienkraftanstiegs bei steigender Druckbelastung im Vergleich zu Dichtringen mit einer üblichen Dichtkante.
Gemäss eines weiteren Ausführungsbeispiels nach 3 und 4 ist der Dichtungsbereich durch die Dichtlippe 2 abweichend durch zwei verschiedene Radien R₁ und R₂ gebildet. Im Bereich zum abzudichtenden Medium ist ein kleinerer Radius R₁ gegenüber dem Radius R₂ im rückwärtigen Bereich der Dichtlippe 2 angeordnet. Auf der Mittelsenkrechten 10 der Welle 7 über dem Kontaktbereich der Dichtlippe 2 im unbelasteten Zustand liegen die Mittelpunkte der Radien R₁ und R₂ und bilden dabei einen stufenlosen Übergang.
Die beiden Radien R₁ und R₂ unterscheiden sich dabei um einen Faktor 2 bis 3.
Durch die unterschiedlichen Radien R₁ und R₂ werden die Kontaktwinkel alpha und beta bei Druckbelastung durch die Verdrehung der Dichtlippe kleiner und gleichzeitig wird eine Laufspur b breiter (b₂ < b₁). Beides fördert eine stabilere Schmierfilmausbildung, welches besonders wichtig bei der höheren Druckbelastung ist. Die Kontaktwinkel und die Laufspurbreite passen sich also dem vorherrschenden Druck an.
Außerdem ist durch diese Ausführung der Winkel alpha grundsätzlich größer als beta, welches zu einer asymmetrischen Druckverteilung im Dichtbereich führt. Dies kann für bestimmte niederviskose Flüssigkeiten von Vorteil für die tribologische Ausbildung des Schmierfilms sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3742080 C [0002]
DE 4141999 [0002]

Claims

Dichtring zum Abdichten von Wellen, insbesondere von Wasser gegen Wasser bzw. Wasser gegen Luft, für Propellerwellen, Flügelradwellen, Ruderschäften von Schiffen, bestehend aus einem Einspannelement in zugeordneten gehäusefesten Stützringen als Einbauraum mit einem anschließenden Zwischenteil als Membran und einem der Welle zugewandten abgewinkelten Element mit Ausbildung einer Dichtlippe zur Anlage auf der Welle, wobei im abgewinkelten Element oberhalb der Dichtlippe eine Aufnahmerinne mit einer Feder angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich der Dichtlippe (2) auf der Welle (7) durch einen kreisförmigen Dichtungsbereich mit einem konstanten Radius (R) über den gesamten Einstellbereich aufweist.
Dichtring zum Abdichten von Wellen, insbesondere von Wasser gegen Wasser bzw. Wasser gegen Luft, für Propellerwellen, Flügelradwellen, Ruderschäften von Schiffen, bestehend aus einem Einspannelement in zugeordneten gehäusefesten Stützringen als Einbauraum mit einem anschließenden Zwischenteil als Membran und einem der Welle zugewandten abgewinkelten Element mit Ausbildung einer Dichtlippe zur Anlage auf der Welle, wobei im abgewinkelten Element oberhalb der Dichtlippe eine Aufnahmerinne mit einer Feder angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbereich der Dichtlippe (2) auf der Welle (7) durch einen kreisförmigen Dichtungsbereich gebildet ist, wobei im unbelasteten Zustand der Dichtungsbereich im abzudichtenden Medium zugewandten Bereich einen kleineren Radius (R1) gegenüber einem Radius (R2) im rückwärtigen Bereich der Dichtlippe (2) aufweist.
Dichtring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem kleinen Radius (R1) gegenüber dem großen Radius (R2) der Dichtlippe (2) einen Faktor 2 bis 3 aufweist.
Dichtring nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Mittelsenkrechten (10) der Welle (7) über dem Kontaktbereich der Dichtlippe (2) im unbelasteten Zustand die Radien (R1, R2) einen Übergang bilden.
Dichtring nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang der unterschiedlichen Radien (R1, R2) der Dichtlippe (2) stufenlos ausgebildet ist.