DE3045855C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abdichtungsanordnung für rotierende Wellen, insbesondere auf die äußere Abdichtung einer Stevenrohranlage bei Schiffen.

Für Abdichtungsanordnungen wurde schon vorgeschlagen (DE-PS 9 67 096), zwei koaxial und verschiebbar angeordnete und elastisch angedrückte Gleitringe anzuwenden und in einer Kammer zwischen den beiden Gleitringen eine Flüssigkeit einzuführen, deren Druck geringfügig größer gehalten ist, als der Druck des umgebenden Mediums, wobei der eine Gleitring teilweise von dem statischen Druck des umgebenden Mediums angedrückt wird und der andere als hydrostatische Dichtung ausgeführt ist, die durch den Druck der Flüssigkeit in der Kammer beaufschlagt ist und infolge dieser Beaufschlagung und einer gesonderten elastischen Lagerung mit geringerer Kraft als der andere Gleitring ange­ drückt wird.

Bei diesen Anordnungen ist der innere Gleitring die durch den Druck der Flüssigkeit in der Kammer beaufschlagte Dichtung, während der äußere Gleitring die teilweise von dem statischen Druck des umgebenden Mediums beaufschlagte Dichtung darstellt, wobei die letztere teilweise auch durch den Druck der Flüssig­ keit in der Kammer im Sinne einer Belastung beaufschlagt ist und damit auch von der Flüssigkeit in der Kammer angedrückt wird.

Durch diese Anordnung wird zwar erreicht, daß bei Abdichtungs­ anordnungen, bei denen der Druck des Mediums im Inneren des abzudichtenden Gehäuses höher ist als der des umgebenden Me­ diums, ein stufenweiser Abbau des Innendrucks erfolgt, jedoch sind solche Anordnungen nicht geeignet, wenn es sich um Abdich­ tungsanordnungen handelt, bei denen der Innendruck nicht oder nur unwesentlich über dem Atmosphärendruck liegt, wie dies insbesondere bei Stevenrohrabdichtungen der vorliegenden Art der Fall ist, bei denen der Innendruck der des Lecksystems ist, das in der Regel drucklos ist und mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

Bei diesen Abdichtungsanordnungen soll die Aufgabe gelöst werden, daß auch bei Schwankungen des Drucks des umgebenden Mediums stets gewährleistet ist, daß kleine Mengen der Flüssigkeit aus der Kammer durch den Spalt des äußeren Gleitrings in das umgebende Medium austreten, wodurch die Schmierung dieses Gleitrings sichergestellt und damit dessen Verschleiß minimiert wird. Zugleich soll bei diesen Anlagen einerseits die Schmierung des inneren Gleitrings gewährleistet sein, um seinen Verschleiß möglichst gering zu halten, andererseits der innere Gleitring eine zuverlässige Sicherung gegen unerwünschten Austritt von Flüssigkeit oder umgebenden Mediums aus der Kammer in den drucklosen Bereich des Lecksystems darstellen, falls die Abdichtung am äußeren Gleitring unzureichend werden sollte. Diese Aufgaben werden durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst, also dadurch, daß

• a) der innere Gleitring als hydrodynamische Dichtung ausgeführt und überwiegend durch den statischen Druck des umgebenden Mediums angedrückt wird und
• b) der äußere Gleitring die durch den Druck der Flüssigkeit in der Kammer beaufschlagte hydrostatische Dichtung ist.

Als äußerer Gleitring wird derjenige Gleitring be­ zeichnet, der die Kammer gegenüber dem umgebenden Medium abdichtet. Bei den im folgenden wiedergegebenen Beispielen hat er auch den größeren Abdichtungsdurchmesser. Durch die Dich­ tungsfläche des äußeren Gleitringes soll die in der Kammer befindliche Flüssigkeit in geringem Ausmaß nach außen dringen, wobei die Flüssigkeit die Gleit­ fläche schmiert und gegebenenfalls von eindringen­ dem Schmutz säubert.

Der innere Gleitring dichtet die Kammer gegenüber einem drucklosen Leckraum ab, an den sich zum Schiffs­ inneren hin das ölgefüllte Stevenrohrlager anschließt. Die Flüssigkeit der Kammer schmiert auch den inneren Gleitring und kann aus dem Leckraum abfließen. Die innere Gleitringdichtung bietet eine zusätzliche Sicherheit gegen das Eindringen von umgebenden Medium in den Leckraum und das Stevenrohrlager, falls die Ab­ dichtung am äußeren Gleitring unzureichend wird.

Bei der äußeren, hydrostatischen Gleitringdichtung wird der Spalt zwischen Gleitring und Gegenring durch den Druck und die Menge der der Kammer zugeführten Flüssigkeit beeinflußt. Der Gleitring oder ein mit ihm axial verschiebbarer anderer Ring besitzen daher eine Angriffsfläche, über die die Flüssigkeit einen den Spalt vergrößernden, gegen eine elastische Kraft ge­ richteten Druck ausüben kann.

Bei der inneren, hydrodynamischen Gleitringdichtung bildet sich ein Schmierfilm nur durch die re­ lativ zueinander verdrehten Gleitflächen aus.

Beide Gleitringe werden zweckmäßigerweise in einem Halterungsring angeordnet, dessen rückseitige Fläche wenigstens teilweise dem Druck des umgebenden Mediums ausgesetzt ist. Hierdurch wird der innere Gleitring mit einer beispielsweise von der Eintauchtiefe des Steven­ rohres abhängigen Kraft angedrückt, die auch bei unzu­ reichender äußerer Abdichtung noch genügend Sicherheit gegen das Eindringen des umgebenden Mediums bietet, an­ dererseits aber einen übermäßigen Verschleiß verhindert, der eintreten könnte, wenn ständig die maximale Andrück­ kraft wirkte.

Die innere Gleitringdichtung wird vorzugsweise als be­ lastete Dichtung ausgeführt, bei der die Gleitfläche kleiner ist als die von dem umgebenden Medium beauf­ schlagte rückseitige Fläche des Halterungsringes.

Damit auch bei einem etwaigen Ausfall der äußeren Gleit­ ringdichtung die innere noch genügend angedrückt wird, ist der dem Druck des umgebenden Mediums ausgesetzte Teil der rückseitigen Fläche des Halterungsringes größer als die Summe aller Flächen radial außerhalb der inneren Gleitringdichtung auf der anderen Seite.

Der Halterungsring ist auf der Welle axial verschiebbar angeordnet und kann sich daher auf Längenänderungen der Welle einstellen. Bei fliegend gelagerten Wellenenden, wie z. B. bei einer Schiffs- Propellerwelle, ist mit einer wechselnden Durchbiegung des Wellenendes zu rechnen, die bei Gleitringdichtungen zu einer über den Umfang ungleichmäßigen Verteilung der Andrückkräfte und damit zu unterschiedlicher Spaltdicke und erhöhtem Verschleiß führen kann.

In weiterer Ausge­ staltung der Erfindung ist daher der Halterungsring oder ein entsprechender Zwischenring so in bezug auf das Wel­ lenende gelagert, daß Winkeländerungen zwischen der Achse des Wellenendes und der Achse der Gleit­ ringe bzw. des Halterungsringes möglich werden. Dabei ist der Halterungsring z. B. mittels eines Ringwul­ stes kippbeweglich an einer Zylinderfläche des Wellen­ endes bzw. der Laufbuchse oder des die Abdichtungsan­ ordnung am Stevenrohr befestigenden Flansches angeord­ net und zentriert und umgibt das Wellenende mit einem gewissen, die Beweglichkeit ermöglichenden Abstand.

Diese Anordnung sichert die Parallelität der zusammen­ wirkenden Gleitflächen und ist daher bei der Anwendung von zwei konzentrischen Gleitringen und bei sehr großen Gleitringdurchmessern, wie sie z. B. bei Stevenrohrabdichtun­ gen benötigt werden, vorteilhaft. Zur Erleichterung der Montage und des Auswechselns können alle die Welle umgebenden Teile aus zwei Hälften bestehen, wobei zweckmäßigerweise die Trenn­ ebenen benachbarter Teile gegeneinander versetzt sind. Insbesondere sind die Verschleißteile zweiteilig, damit sie auch ohne Demontage der Welle erneuert werden können.

Weitere Einzelheiten der Abdichtungsanordnung werden an­ hand der Ausführungsbeispiele beschrieben, die in den Zeichnungen schematisch dargestellt sind und die alle Stevenrohrabdichtungen betreffen.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Abdichtungs­ anordnung.

Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt durch eine Abdichtungsanordnung ähnlich Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine etwas veränderte Ausführung der Abdichtungsanordnung nach Fig. 2.

Fig. 4 zeigt einen Teilschnitt durch eine andere Abdichtungsanordnung.

In Fig. 1 ist auf einer Welle 1 eine Laufbuchse 2 an­ gebracht, deren eines Ende einen Flansch 3 zur Befesti­ gung an dem nicht dargestellten Propellerflansch besitzt und deren anderes Ende bis in das nicht mehr gezeigte Stevenrohrlager reichen kann. Die Abdichtungsanordnung wird mittels eines Befestigungsflansches 4 am Steven­ rohr, das nicht mehr gezeichnet ist, angebracht. Im Be­ festigungsflansch 4 kann wenigstens die erste Dichtung 5 des ölgefüllten Stevenrohres untergebracht sein.

Zur Abdichtung gegen das umgebende Medium, im vorliegenden Fall das Außenwasser, sind der äuße­ re Gleitring 11 und der innere Gleitring 12 vorgesehen. Diese sind in einem Halterungsring 13 gelagert und wer­ den gegen einen Gegenring 14 angedrückt, der auf der Laufbuchse 2 drehfest und dichtend z. B. mittels eines Klemmringes 40 befestigt ist. Zwischen den Gleitringen 11 und 12 befindet sich eine Kammer 15 für eine unter Druck über einen Kanal 16, 17, 18 zuführbare Flüssig­ keit. Der innere Gleitring 12 sitzt fest in einer Nut des Halterungsringes 13, während der äußere Gleitring 11 in einer Nut 19 in axialer Richtung verschiebbar unter­ gebracht ist und durch Druckfedern 20 belastet wird. Er hat eine von dem Druck der Flüssigkeit in der Kammer 15 beaufschlagbare Angriffsfläche 21, so daß dieser sta­ tische Druck den Gleitring 11 in die Nut 19 gegen die Kraft der Federn 20 zurückschieben kann, wodurch ein ge­ wisser Spalt der äußeren Abdichtung eingestellt wird.

Ein Teil der Rückseite 22 des Halterungsringes 13 ist dem Druck des umgebenden Mediums ausgesetzt, das in einen Spaltraum 23 eindringen kann und beide Gleitring­ dichtungen, insbesondere aber die innere, unabhängig von etwaigen axialen Dehnungen der Welle 1 an den Gegen­ ring andrückt. Druckfedern 24 haben nur eine Bedeutung, wenn die Abdichtungsanordnung aus dem umgebenden Medium kommt, was z. B. bei der Montage oder bei Reparaturen eintritt.

Die Flächen des Gegenringes 14, die mit den Gleitrin­ gen 11, 12 zusammenwirken, liegen zweckmäßigerweise in einer Ebene, die zur Achse der Welle 1 senkrecht steht.

Die rückseitige Fläche 22 des Halterungsringes 13 und die Anordnung des inneren Gleitringes 12 an der ande­ ren Seite des Halterungsringes 13 sind so gestaltet, daß bei dem relativ hohen Druck der Flüs­ sigkeit in der Kammer 15 der Halterungsring 13 und damit auch die innere Dichtung 12 noch ausreichend an den Ge­ genring 14 angedrückt werden. Durch die Wahl eines ent­ sprechenden Flächenverhältnisses ist die Kraft in Rich­ tung des Gegenringes immer größer als die entgegengesetzt wirkende Kraft. Der Druck der Flüssigkeit in der Kammer 15 ist ein wenig höher als der Druck des um­ gebenden Mediums, damit stets etwas Flüssigkeit durch den Schmierspalt der äußeren Dichtung nach außen dringen kann. Der Druck in der Kammer 15 kann entsprechend dem Druck des umgebenden Mediums geregelt werden, jedoch ist dies in den meisten Anwendungsfällen nicht erforderlich.

Der Halterungsring 13 umgibt die Laufbuchse 2 mit einem Abstand, so daß er auch bei einer Verbiegung der Welle 1 seine sich aus der Anlage der Gleitringe 11, 12 an dem Gegenring 14 ergebende Stellung beibehält. Um den Hal­ terungsring 13 zu zentrieren, ist an seinem äußeren Umfang ein Ringwulst 25 angeformt, der mit einem Kippbewegungen zulassenden Spiel an einer inneren Zylin­ derfläche 26 des Befestigungsflansches anliegt.

Das Spiel ist auch für einen Druckausgleich des Me­ diums zwischen der Umgebung und dem Spaltraum 23 aus­ reichend.

Der Zwischenraum zwischen Halterungsring 13, Lauf­ buchse 2 und Befestigungsflansch 4 bildet einen Leck­ raum 27. Dieser wird auf seiner einen Seite durch die innere Gleitringdichtung 12 abgeschlossen, die sich zwischen dem sich mit der Welle drehenden Gegenring 14 und dem verschiebbaren und kippbeweglichen Halterungs­ ring 13, der in geeigneter, nicht dargestellter Weise gegen Verdrehung gegenüber dem Befestigungsflansch 4 gesichert ist, befindet. Auf der anderen Seite wird der Leckraum 27 durch die erste Dichtung 5 des Steven­ rohres begrenzt. Gegen den Spaltraum 23 wird der Leck­ raum 27 durch eine Lippendichtung 28 abgedichtet, die in dem Befestigungsflansch 4 untergebracht ist und Verschiebungen sowie auch Kippbewegungen des Halterungs­ ringes 13 zuläßt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Zuführung der Flüssigkeit vom Schiffsinneren in die Kammer 15 über die Kanäle 16, 17, 18, wobei der mitt­ lere, den Leckraum 27 überbrückenden Kanal 17 flexibel ist und aus einem biegsamen, an einem Ende verschieb­ bar gelagerten Rohrstück besteht. Es kann auch ein flexibler Schlauch verwendet werden, wie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist.

Der Leckraum 27 nimmt durch die innere Gleitring­ dichtung 12 als Schmiermittel hindurchtretende Flüssig­ keit und eventuell weitere durch die andere Abdichtun­ gen eintretende Medien auf. Er ist mit einer Ablauf­ leitung 29 versehen. Der Leckraum 27 ist drucklos und enthält normalerweise nur Luft.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Fig. 1 mit weiteren Einzelheiten. Die Gleitringe 11, 12 sind mit­ tels Packungen 31, 32 eingesetzt und abgedichtet und werden durch einen Ring 30 gehalten, der auch die axiale Be­ weglichkeit des äußeren Gleitringes 11 begrenzt. Zwi­ schen dem verschiebbaren äußeren Gleitring 11 und den ihn in Richtung des Gegenringes 14 drückenden Federn 20 befindet sich in Stütz­ ring 33. Wenigstens ein Teil der Angriffsfläche 21 kann durch eine bis in die Kammer vorspringende Schulter 34 des Stützringes 33 gebildet werden.

Der Halterungsring 13 wird durch den druck des umgebenden Mediums auf seine Rückseite 22 in Richtung des Gegenringes 14 gedrückt. Bei Längenänderungen der Welle verschiebt er sich relativ zum Befestigungsflansch. Bei Durchbie­ gung der Welle stellt er sich ebenfalls unter dem Druck des umgebenden Mediums so ein, daß die Gleitflächen der Gleitringe 11, 12 und des Gegenringes 14 parallel blei­ ben und die Andrückräfte gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Der Druck der Flüssigkeit in der Kammer 15 wirkt auf die Angriffsfläche 21 und gegen die Druck­ federn 20. Durch diesen statischen Druck entsteht am äußeren Gleitring 11 ein Schmierspalt, durch welchen die Flüssigkeit nach außen gelangt und das Eindringen von Schmutz in den Schmierspalt verhindert. Ein Schmierfilm aus der Flüssigkeit bildet sich nur dynamisch, d. h. bei der Drehung von Welle 1 und Gegenring 14, aus.

Wenigstens die Gleitringe 11, 12 und der Gegenring 14 sind als Verschleißteile zweiteilig ausgeführt. Zur Erleichterung des Auswechselnd dieser Verschleißteile und um eine kurze Baulänge zu erzielen, ist es zweck­ mäßig, auch die Ringteile 13, 30 und 33 zweiteilig auszubilden.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem auch der Gegenring 54 gegenüber der Laufbuchse 2 beweglich ist, um die Parallelität der Gleitflächen zu sichern. Der Gegenring wird hier durch eine Scheibe 55 gestützt, die selbst wiederum an einem Außenflansch 56 abgestützt ist, wobei sich diese Teile mit der Welle drehen. An jeder Seite der Scheibe 55 befindet sich ein Paar von vorspringenden Lagerstellen, Nocken oder Wälzkörpern 57, wobei ein Paar an einer Seite um 90° gegenüber dem Paar auf der anderen Seite versetzt ist. Die Zeichnung zeigt nur ein Paar von Nocken 57. Durch die Scheibe 55 kann eine fehlende Parallelität zwischen dem auf der Welle 1 befestigten Außenflansch 56 und dem Gegenring 54 ausge­ glichen werden. Statt den Gegenring 54 abzustützen, kann bei festem Gegenring auch der Halterungsring mittels einer Scheibe 54 beweglich gelagert werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die Gleitringe 11, 12 in einem mit der Welle umlaufenden Halterungs­ ring 63 angeordnet und werden durch den Druck des umgebenden Mediums Außenwasserdruck gegen eine Gegenfläche 64 an den Befestigungsflansch 60 gedrückt. Der Halterungsring 63 wird über Mitnehmer 61 mit dem Außenflansch 66, der der Flansch für den Pro­ peller sein kann, gedreht. In einem Ring 62 gela­ gerte Druckfedern 65 stützen den Halterungsring 63 bei der Montage gegen den Flansch 66 ab.

Auch bei diesem Beispiel ist ein Abstand zwischen der Zylinderfläche 69, der Laufbuchse 2 vorgesehen, aber die Zentrierung erfolgt hier über einen in diesen Zwischenraum vorspringenden Wulst 67. Der Leckraum 27 wird durch eine Lippendichtung 68 zwischen Halterungsring 63 und Laufbuchse 2 abge­ dichtet. Die übrigen Teile entsprechen denen der vorher beschriebenen Ausführungen.

Die Abdichtungsanordnung ist z. B. bei Verwendung von reinem Wasser als Flüssigkeit in der Kammer 15 umweltfreundlich, da keine schädlichen Stoffe in das umgebende Medium gelangen können. Durch die vorgese­ hene Schmierung besitzt auch der äußere Gleitring eine lange Lebensdauer, während sich durch den inneren Gleitring eine zusätzliche Sicherheit ergibt, wie es insbesondere für Stevenrohrabdichtungen gefordert wird. Das Andrücken des inneren Gleitringes in Abhängigkeit vom Druck des umgebenden Mediums mindert den Verschleiß. Die Auf­ rechterhaltung einer über den Umfang gleichmäßig ver­ teilten Andrückkraft infolge der selbsttätigen Ein­ stellung der Gleitflächen zueinander trägt vor allem bei großen Abdichtungsabmessungen von Stevenrohranlagen wesentlich zu Erhöhung der Lebensdauer bei. Die An­ wendung der Abdichtungsanordnung ist jedoch nicht auf Stevenrohrabdichtung beschränkt, sondern es können auch andere Wellen an Wasserfahrzeugen, Wasserkraft­ maschinen usw. in der beschriebenen Weise abgedichtet werden.

Claims (11)

1. Abdichtungsanordnung für rotierende Wellen, insbesondere als äußere Abdichtung eines Stevenrohrlagers bei Schiffen, unter Verwendung von zwei koaxial und verschiebbar angeordneten Gleitringen und mit einer Zuführung für eine Flüssigkeit in eine Kammer zwischen den beiden Gleitringen, deren Druck geringfügig größer gehalten ist, als der Druck des umgebenden Mediums, wobei der eine Gleitring teilweise von dem statischen Druck des umgebenden Mediums angedrückt wird und der andere Gleitring als hydrostatische Dichtung ausgeführt ist, die durch den Druck der Flüssigkeit in der Kammer im Sinne einer Entlastung beaufschlagt ist und infolge dieser Beaufschlagung und einer gesonderten elastischen Dichtung mit geringerer Kraft als der andere Gleitring angedrückt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß

• a) der innere Gleitring (12) als hydrodynamische Dichtung ausgeführt und überwiegend durch den statischen Druck des umgebenden Mediums angedrückt wird und
• b) der äußere Gleitring (11) die durch den Druck der Flüssigkeit in der Kammer (15) beaufschlagte hydrostatische Dichtung ist.

2. Abdichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß beide Gleitringe (11, 12) konzentrisch in einem ver­ schiebbaren Halterungsring (13, 63) angeordnet sind, dessen rückseitige Fläche (22) wenigstens teilweise dem Druck des umgebenden Mediums ausgesetzt ist.

3. Abdichtungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Flächen des Gegenringes (14), an die die konzentrisch angeordneten Gleitringe (11, 12) an­ gedrückt werden, in einer Ebene liegen.

4. Abdichtungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Druck des umgebenden Mediums ausgesetzte Teil der rückseitigen Fläche (22) des Hal­ terungsringes (13, 63) größer ist als die Summe der außerhalb des inneren Gleitringes (12) befindlichen, dem Gegenring (14) zugewandten Flächen des Halterungs­ ringes (13, 63).

5. Abdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhaltung der Paralle­ lität zwischen den Dichtungsflächen der Gleitringe (11, 12) und des Gegenringes (10) auch bei Verbiegung der Welle der Halterungsringe (13, 63) kippbeweg­ lich gegenüber einem Flansch (4) oder der Welle (1) abgestützt ist und die Welle mit einem Abstand umgibt.

6. Abdichtungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Halterungsring (13, 63) einen Ring­ wulst (25, 67) besitzt und eine den Ringwulst stützende Zylinderfläche (26, 69) vorgesehen ist, die den Halte­ rungsring (13, 63) zentriert, wobei der Halterungsring und die Zylinderfläche mit kleinem Spiel gegeneinander beweglich sind.

7. Abdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenring (54) kipp­ beweglich gegenüber dem Außenflansch (56) abgestützt ist.

8. Abdichtungsanordnung nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur beweglichen Abstützung eine Scheibe (55) vorgesehen ist, die an ihren beiden Sei­ ten je ein Paar von vorspringenden Nocken oder Wälz­ körpern (57) besitzt, wobei diese Paare von Nocken um 90° versetzt sind.

9. Abdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterungsring (13) drehfest und verschiebbar an dem Befestigungsflansch (4) angeordnet ist, wobei er auch gegenüber diesem kippbe­ weglich ist.

10. Abdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halterungsring (63) drehfest und verschiebbar auf der Welle (1) angeordnet ist, wobei er gegenüber dieser kippbeweglich ist.

11. Abdichtungsanordnung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die Welle (1) umgebenden Teile, insbesondere der Halterungsring (13, 63), die Gleitringe (11, 12) und der Gegenring (14) zweiteilig sind.