DE9017703U1 - Vorrichtung zur Kühlung der Laufbuchsen von Schiffswellenlagern - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Kühlung der Laufbuchsen von Schiffswellenlagern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kühlung der mit den Abtriebswellen verbundenen und umfangsseitig in ortsfeste Abdichtungen eingebetteten Laufbuchsen von Schiffswellenlagern gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

Aufgrund der bis etwa 500 mm betragenden Durchmesser der Abtriebswellen von Schiffen ist es insbesondere bei den Abtriebswellen größeren Durchmessers erforderlich, sowohl entsprechend große ölgeschmierte Gleitlager als auch speziell auf solche Gleitlager abgestellte Abdichtungen vorzusehen.

Obwohl in diesen Fällen das Schmieröl gleichzeitig als Kühlmittel für die Gleitlager herangezogen wird, ist eine Tempelaturerhöhung der mit den Abtriebswellen drehmomentübertra-

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gend verbundenen Laufbuchsen als Bestandteile der Abdichtungen nicht zu vermeiden. Dabei ist das Maß der Temperaturerhöhung stark von der an der jeweiligen Abtriebswelle aufgebrachten Leistung abhängig.

Da nun aber die Laufbuchsen einerseits über ihren Umfang und andererseits über ihre Länge erheblich variierenden Temperatureinflüssen ausgesetzt sind, ist es zwangsläufig nicht zu vermeiden, daß sich die Laufbüchsen dann auch über den Querschnitt und Umfang sehr unterschiedlich erwärmen. Dieser temperaturbedingte Sachverhalt führt folglich zu örtlich voneinander abweichenden Ausdehnungen der Laufbüchsen, was wiederum zur Folge hat, daß die verschiedenen Bestandteile der Dichtungen einem verschieden starken Verschleiß ausgesetzt sind, welcher mithin zu Undichtigkeiten führen kann.

Je größer nun die Antriebswellen und folglich die zu übertragenden Antriebsenergien werden, desto größer und dicker werden aber auch die Laufbüchsen. Damit verbunden ist der Sachverhalt, daß dann die Temperaturen der Laufbüchsen über den Umfang und die Länge ebenfalls immer ungleichmäßiger werden, da ihre Masse bei weitem schneller wächst als ihre öl- und wassergekühlten Oberflächen.

Darüberhinaus ist beobachtet worden, daß örtlich überhöhte Temperaturen der Laufbuchsen zur kurzzeitigen Entstehung von Dampfblasen in den von Wasser kontaktierten Dichtungskanälen führt, deren Implosion die Dichtungen ebenfalls stark in Mitleidenschaft ziehen kann.

Aus Gründen eines verstärkten Umweltbewußtseins muß jedoch darauf geachtet werden, daß die Dichtungen von Schiffswellenlagern einwandfrei funktionieren, d. h. daß jedes Ausdringen von öl aus den Gleitlagern in das Wasser unter allen Umständen vermieden werden muß.

Der Erfindung liegt ausgehend von der im Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 beschriebenen Vorrichtung das Problem zugrunde, die Bestandteil der Abdichtungen insbesondere großer Schiffswellen bildenden Laufbuchsen unabhängig von ihrem äußeren durch Wasser und Schmieröl gebildeten Kühlsystem über ihre gesamte Erstreckung auf gleichmäßiger Temperatur zu halten, um auf diese Weise einem vorzeitigen Verschleiß der Dichtungen zu begegnen und somit dem Umweltschutz verstärkt Rechnung zu tragen.

Die Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden Problems besteht in den im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruchs aufgeführten Merkmalen.

Danach werden die Laufbuchsenwände mit mehreren längsgerichteten und parallel zu den Wellenachsen verlaufenden Kammern versehen, in die nach voraufgehender Evakuierung ein leicht verdampfender und ebenso leicht kondensierender Arbeitsstoff eingefüllt wird. Derartige Kammern haben die Eigenschaft, daß dort, wo der Arbeitsstoff einer erhöhten Wärmezufuhr ausgesetzt ist, dieser verdampft, durch den Hohlraum der Kammern in Längsrichtung transportiert und dort kondensiert wird, wo der Arbeitsstoff mit kälteren Stellen in Berührung kommt.

Die Erfindung sieht also eine zusätzliche innere Kühlung der Laufbuchsen mittels eines leicht verdampfenden und ebenso leicht kondensierenden Arbeitsstoffs vor. Dieser Arbeitsstoff hat nach dem Einfüllen in die vorher evakuierten und mit einer Kapillarstruktur ausgerüsteten Kammern die Eigenschaft, daß jede örtliche Übertemperatur an den Laufbüchsen über der Gleichgewichtstemperatur des Arbeitsstoffs in flüssiger Form zu dem Arbeitsstoff in dampfförmiger Form sofort abgebaut wird, indem örtlich an den wärmeren Stellen der

Laufbuchsen flüssiger Arbeitsstoff ausdampft und an den kälteren Stellen der Laufbuchsen wieder kondensiert. Auf diese Weise wird Wärme von den weniger gut gekühlten Stellen zu den besser gekühlten Stellen der Laufbuchsen transportiert, so daß die Laufbüchsen über ihre gesamte Oberfläche auf einer gleichförmigen Temperatur gehalten werden können. Dabei erfolgt die Abgabe der in den Laufbuchsen entstandenen Reibungswärme nach außen wie bislang über die einerseits mit dem Wasser und andererseits mit dem Schmieröl in wärmeübertragenden Kontakt stehenden Oberflächen der Laufbuchsen.

Zur Sicherstellung einer genügenden inneren Kühlung der Laufbuchsen sind die Kammern gemäß Schutzanspruch 2 in gleichmäßiger umfangsseitiger Versetzung in die Laufbuchsenwände eingebettet. Dabei sollten die Kammern in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sein, daß die angestrebte in starkem Maße von der Wellenleistung abhängige Temperaturvergleichmäßigung auch sicher erreicht wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in den Merkmalen des Schutzanspruchs 3. Danach sind die Kammern durch Sackbohrungen gebildet. In die Oberflächen der Sackbohrungen sind gewindeähnliche Rillen eingearbeitet, welche die Eigenschaft von Kapillarstrukturen aufweisen. Diese Kapillarstrukturen dienen dann zum Transport des flüssigen Arbeitsstoffs von den Orten der Kondensation zu den Orten der Verdampfung. Hierbei ist gewährleistet, daß nach der Evakuierung der Kammern und anschließend darin eingefülltem Arbeitsstoff nur der in flüssiger Form vorliegende Arbeitsstoff sich in den Kapillarstrukturen und der Arbeitsstoff in dampfförmiger Form sich im freien Innenraum der Kammern befindet. Da beide Stofformen miteinander im Gleichgewicht stehen, wird jede

örtliche übertemperatur über der Gleichgewichtstemperatur sofort abgebaut, indem örtlich flüssiger Arbeitsstoff aus der Kapillarstruktur ausdampft und an den kälteren Stellen der Kapillarstruktur wieder kondensiert.

Die durch Sackbohrungen gebildeten Kammern werden an den stirnseitigen Mündungen zweckmäßig mit Verschlußstopfen versehen, die bevorzugt in die Mündungen eingeschraubt werden. Die den Verschlußstopfen zugeordneten Absaug- und Füllröhrchen dienen zur Evakuierung der Kammern sowie zur Befüllung mit dem Arbeitsstoff. Die über die Verschlußstopfen vorstehenden Längenabschnitte der Füllröhrchen können nach der Befüllung der Kammern mit dem Arbeitsstoff z. B. örtlich zusammengequetscht und schließlich verlötet werden, so daß in jeder Kammer eine definierte Füllung mit dem Arbeitsstoff gewährleistet ist.

Die Dichtheit der Verschlußstopfen mündungsseitig der Kammern kann beispielsweise dadurch sichergestellt werden, daß Gewinde mit aushärtenden Dichtmassen zur Anwendung gelangen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Merkmalen des Schutzanspruchs gekennzeichnet. Hierbei können vorab Wärmerohre in bekannter Weise als geschlossene Rohrsysteme hergestellt werden, die auf den Innenseiten mit Kapillarstrukturen versehen, dann evakuiert und mit einer bestimmten Menge eines geeigneten Arbeitsstoffs befüllt sind. Dies erfolgt derart, daß die Kapillarstruktur voll benetzt ist, die Innenräume der Wärmerohre jedoch frei vom Arbeitsstoff bleiben. Bei entsprechend dimensionierter Füllmenge des Arbeitsstoffs in den Wärmerohren befindet sich dieser somit nur in den Kapillaren der Kapillarstrukturen, nicht aber im Zentralbereich der Wärme-

rohre. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, daß auch bei Unterschreitung des Festpunkts für den jeweiligen Arbeitsstoff durch Unterkühlung keine Beschädigung der Wärmerohre befürchtet werden muß.

Die Verwendung derartiger Wärmerohre und ihre Herstellung ist mit dem weiteren Vorteil behaftet, daß die Wärmerohre außerhalb des Bereichs einer Schiffswerft und unabhängig von den Lagerbuchsen vollständig hergestellt werden können und letztlich nur noch in die Längsbohrungen der Laufbuchsenwände eingesetzt werden müssen.

In diesem Zusammenhang sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung entsprechend Schutzanspruch 5 vor, daß die Wärmerohre in die Längsbohrungen eingeschrumpft sind. Dazu werden die Wärmerohre vorab z. B. durch Eintauchen in flüssigen Stickstoff stark unterkühlt und danach in die Längsbohrungen eingesetzt. Die Wärmerohre dehnen sich anschließend entsprechend der Temperaturdehnung des Rohrmaterials aus und sitzen schließlich mit festem Kontakt und unter Vorspannung in den Längsbohrungen der Laufbuchsenwände.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 im Schema im vertikalen Längsschnitt eine Schiffswellenlagerung im Bereich der Schiffsschraube;

Figur 2 in vergrößerter Darstellung einen vertikalen Längsschnitt durch eine auf einer Abtriebswelle sitzende Laufbuchse;

Figur 3 im vertikalen Längsschnitt den Endabschnitt einer Laufbuchsenwand mit Verschlußstopfen;

Figur 4 in Explosionsdarstellung, teilweise im vertikalen Längsschnitt den Verschlußstopfen der Figur 3;

Figur 5 eine Stirnansicht auf eine Laufbuchse gemäß dem Pfeil V der Figur 2 und

Figur 6 in vertikalen Längsschnitt ein Wärmerohr.

In der Figur 1 ist mit 1 ein Schiffswellenlager bezeichnet. Dieses Schiffswellenlager 1 umfaßt eine Abtriebswelle 2 mit einer darauf befestigten Laufbuchse 3. An den radial gerichteten Flansch 4 der Laufbuchse 3 ist die Schiffsschraube mittels Schrauben 6 lösbar befestigt.

Der Schaft 7 der Laufbuchse 3 durchsetzt mehrere im axialen Abstand hintereinander angeordnete Dichtungsringe 8, 9, 10. Die Dichtungsringe 8-10 sind zwischen Abschnitten 11, 12, 13, 14 des Lagergehäuses 15 fixiert. Während der Dichtungsring 8 sowie der benachbarte Bereich der Oberfläche 16 der Laufbuchse 3 von Wasser 17 beaufschlagt sind, haben die beiden anderen Dichtungsringe 9, 10 die Aufgabe, das über die Leitungen 18 herangeführte Dichtungsöl 19 an einem Austritt in Richtung auf das Wasser 17 sowie in Richtung auf das sich in dem Raum 20 befindende Lageröl 21 zu hindern.

Es ist demzufolge zu erkennen, daß die Oberfläche 16 der Lagerbuchse 3 sowohl mit Wasser 17 als auch mit öl 19 in Kontakt steht, so daß die in der Laufbuchse 3 vorhandene Reibungswärme über die wasser- und ölberührte Oberfläche 16 nach außen abgeführt wird.

Wie bei gemeinsamer Betrachtung der Figuren 1, 5 und 6 zu sehen ist, sind in der Laufbuchsenwand 22 mit einem Abstandswinkel &agr; zwischen etwa 8° und 15° längsgerichtete und parallel zu der Wellenachse 23 verlaufende Kammern 24 vorgesehen. Die Kammern 24 sind durch in Längsbohrungen 25 der Laufbuchsenwände 22 befestigte Wärmerohre gebildet.

Wie in diesem Zusammenhang insbesondere Figur 6 erkennen läßt, stellt jede Kammer 24 ein geschlossenes System dar, das auf der Innenseite mit einer Kapillarstruktur versehen, evakuiert und mit einer bestimmten Menge eines geeigneten Arbeitsstoffs befüllt ist. Hierbei ist dafür Sorge getragen, daß die Kapillarstruktur 26 voll mit dem Arbeitsstoff benetzt ist, der Innenraum 27 der Kammer 24 jedoch frei von Arbeitsstoff bleibt.

Die Befestigung der Kammern 24 in den Längsbohrungen 25 der Laufbuchsenwand 22 erfolgt dadurch, daß die Kammern 24 zunächst in flüssigen Stickstoff getaucht und dadurch stark unterkühlt werden. Anschließend werden sie in die Längsbohrungen 25 geschoben. Nach Erwärmen der Kammern 24 dehnen diese sich entsprechend der Temperaturdehnung des Rohrmaterials aus und sitzen anschließend mit festem Kontakt und unter Vorspannung in den Längsbohrungen 25.

Da sich bei einer vor der Befüllung mit dem Arbeitsstoff voll evakuierten Kammer 24 nur der Arbeitsstoff in flüssiger Form 28 in der Kapillarstruktur 26 und in dampfförmiger Form 29 im freien Innenraum 27 befindet und beide miteinander im Gleichgewicht stehen, wird jede örtliche Übertemperatur über der Gleichgewichtstemperatur sofort abgebaut, indem örtlich flüssiger Arbeitsstoff 28 aus der Kapillarstruktur

26 ausdampft und an den kälteren Stellen der Kapillarstruktur 26 wieder kondensiert. Auf diese Weise wird Wärme von den weniger gut gekühlten Stellen zu den besser gekühlten Stellen transportiert und die Laufbuchse 3 auf gleichmäßiger Temperatur gehalten.

In der Figur 6 ist in diesem Zusammenhang die Heizzone mit HZ und die Kühlzone mit KZ bezeichnet. In der Heizzone HZ erfolgt die Wärmezufuhr entsprechend den Pfeilen PF und in der Kühlzone KZ die Wärmeabfuhr entsprechend den Pfeilen PFl. Die Dampfströmung in der Kammer 24 ist mit den Pfeilen PF2 und die Flüssigkeitsströmung in der Kapillarstruktur 26 mit den Pfeilen PF3 bezeichnet.

Die Figuren 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform von Arbeitsstoff enthaltenden Kammern 24a in der Laufbuchsenwand 22. Hierbei sind die Kammern 24a durch Sackbohrungen gebildet. In die Oberflächen 31 der Kammern 24a sind gewindeähnliche Rillen 32 eingearbeitet. Diese Rillen 32 haben die Eigenschaft der Kapillarstruktur 26 in den Kammern 24 der Figur 6. Sie dienen zum Rücktransport des Arbeitsstoffs vom Ort der Kondensation zum Ort der Verdampfung.

Die Kammern 24a gemäß der Ausführungsform der Figuren 3 und 4 werden im Bereich der stirnseitigen Mündungen 33 durch kanalisierte Verschlußstopfen 34 abgedichtet (siehe auch Figur 4). Dazu besitzen die Verschlußstopfen 34 ein Gewinde 35, das mit einer aushärtenden Dichtungsmasse in die Mündungen 33 gedreht wird. In die Verschlußstopfen 34 sind Absaug- und Füllröhrchen 36 eingelötet. Zwischen den Verschlußstopfenköpfen 37 und den die Mündungen 33 der Kammern 24a begrenzenden Stirnflächen 38 sind Dichtungsringe 39 eingelegt.

über die Absaug- und Fullrohrchen 36 können die Kammern 24a evakuiert und anschließend in dem erforderlichen Umfang mit dem Arbeitsstoff befüllt werden. Nach der Befüllung wird gemäß Figur 3 das Absaug- und Fullrohrchen 36 zugequetscht und anschließend dicht verlötet.

Claims (5)

Schutzansprüche:

1. Vorrichtung zur Kühlung der mit den Abtriebswellen (2) verbundenen und umfangsseitig in ortsfeste Abdichtungen (8-10) eingebetteten Laufbuchsen (3) von Schiffswellenlagern (1), deren Oberflächen (16) zum Teil mit Wasser (17) und zum Teil mit öl (19) in wärmeabführendem Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbuchsenwände (22) mit mehreren längsgerichteten und parallel zu den Wellenachsen (23) verlaufenden, Kapillarstrukturen (26, 32) aufweisenden Kammern (24, 24a) versehen sind, in die nach voraufgehender Evakuierung ein leicht verdampfender und ebenso leicht kondensierender Arbeitsstoff eingebracht ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammern (24, 24a) in gleichmäßiger umfangsseitiger Versetzung in die Laufbuchsenwände (22) eingebettet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet , daß die Kammern (24a) durch Sackbohrungen gebildet sind, deren Oberflächen (31) gewindeähnliche Rillen (32) aufweisen und in deren stirnseitige Mündungen (33) Verschlußstopfen (34) mit Absaug- und Füllröhrchen (36) dicht eingebracht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet , daß die Kammern (24) durch in
Längsbohrungen (25) der Laufbuchsenwände (22) befestigte
Wärmerohre gebildet sind, die auf den Innenseiten Kapillarstrukturen (26) aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet , daß die Wärmerohre (24) in die Längsbohrungen (25) eingeschrumpft sind.