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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abdichten einer rotierenden
Welle für
den Einsatz unter Wasser nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten
Art.
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Vorrichtungen
zur Abdichtung von rotierenden Wellen für den Einsatz unter Wasser,
beispielsweise für
Schiffspropeller oder dergleichen, sind aus dem allgemeinen Stand
der Technik an sich bekannt. Prinzipiell gibt es zwei verschiedene
Wege, derartige Abdichtungen zu realisieren.
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Die
eine Variante besteht darin, Gleitringdichtungen einzusetzen, welche
vergleichsweise einfach ausgebildet werden können. Außerdem sind Gleitringdichtungen
hinsichtlich der im Bereich der abgedichteten Welle entstehenden
Reibung anderen Dichtungskonzepten aufgrund der geringeren Reibung überlegen.
Allerdings weisen Gleitringdichtungen den Nachteil auf, dass diese
hinsichtlich der Dichtheit häufig
etwas problematisch sind, und dadurch gegebenenfalls Schmutzpartikel
entlang der gedichteten rotierenden Welle in den abzudichtenden
Bereich eindringen können.
Dies ist insbesondere beim Einsatz in mit Sedimenten belastetem
Wasser problematisch. Außerdem
kann ein in dem abgedichteten Bereich befindliches Medium, beispielsweise
ein Getriebeöl,
aufgrund eventueller Undichtheit der Gleitringdichtungen in das
Wasser eingetragen werden, was zu einer Belastung der Umwelt führt.
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Eine
Alternative zum Einsatz der Gleitringdichtungen bilden Lippendichtungen,
welche aufgrund ihrer Konstruktion im Allgemeinen eine höhere Dichtheit
der Abdichtung erlauben. Diese Lippendichtungen haben dabei den
Nachteil, dass sie eine geringe Druckbelastbarkeit und eine vergleichsweise hohe
Komplexität
ihres Systems aufweisen und damit entsprechend teuer und aufwendig
in der Herstellung sind. Außerdem
sind die einzelnen Lippenbereiche vergleichsweise empfindlich, so
dass es bei der Montage oder gegebenenfalls eindringenden Sediment
sehr schnell zu einer Beschädigung
der Dichtlippen oder einzelner Bereiche der Dichtlippen kommen kann.
Damit ist dann auch beim Einsatz von Lippendichtungen die sichere
und zuverlässige
Abdichtung der rotierenden Welle nicht mehr gewährleistet, mit den oben genannten
Nachteilen.
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Beim
Einsatz von Lippendichtungen ist es ferner bekannt, zwischen zwei
Dichtungseinheiten, welche entlang der rotierenden Welle nacheinander angeordnet
werden, einen Dichtraum auszubilden, welcher auf der einen Seite
dem Wasser und auf der anderen Seite dem Arbeitsbereich benachbart
ist. Durch einen entsprechenden Überdruck
in dem Dichtraum kann dann erreicht werden, dass das Eindringen
von Sedimenten verhindert wird. Dieser Aufbau hat dabei den Nachteil,
dass ein Dichtraum, welcher mit einem unter Überdruck stehenden Medium gefüllt ist,
im Falle der Undichtheit dieses Medium in das Wasser einerseits
und in das Öl
andererseits abgeben wird. Wird nun ein mit dem Öl im Arbeitsbereich verträgliches
Medium eingesetzt, so kann dieses die Umgebung des Wassers entsprechend
schädigen.
Wird ein mit dem Wasser kompatibles Medium eingesetzt, so kann es
beim Eindringen in den Arbeitsbereich zu einer Schädigung führen, da
es sich mit dem dort üblicherweise
befindlichen Öl
vermischt und dessen gewünschte
Schmiereigenschaften nachteilig beeinflusst.
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Es
ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zum Abdichten einer rotierenden Welle für den Einsatz unter Wasser
zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile vermeidet, und
bei einfachem und kostengünstigem
Aufbau mit minimaler Reibung eine Abdichtung gewährleistet, welche im Falle
einer eventuellen Undichtheit sowohl für den Betrieb als auch für die Umwelt
sicher ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten
Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung ergeben sich aus den
abhängigen
Ansprüchen.
Außerdem
ergibt sich aus Anspruch 14 eine besonders vorteilhafte Verwendung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Günstige
Weiterbildungen hiervon sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der
erfindungsgemäße Aufbau,
bei dem die Gleitringdichtungen in Form von drei Gleitringpaaren ausgebildet
sind, wobei zwischen den drei Gleitringpaaren zwei Bereiche entstehen,
welche den Arbeitsbereich gegenüber
dem Wasser abdichten, ist besonders effizient, da er anstelle der
komplexen und aufwendigen Lippendichtungen mit den einfacheren Gleitringdichtungen
auskommt, welche darüber
hinaus eine geringere Reibung zwischen den abzudichtenden Bauteilen
aufweisen. Damit lässt
sich eine einfache, zuverlässige
und effiziente Dichtung realisieren. Dabei ist ein erster, dem Wasser
benachbarter Dichtbereich mit einem ersten Medium gefüllt, welches
einen höheren
Druck als das benachbarte Wasser aufweist. Dadurch wird sichergestellt,
dass kein Wasser und keine mit dem Wasser transportierten Sedimente
in den Bereich der Dichtung eindringen. Eventuelle Leckagen würden kompensiert,
in dem das erste Medium durch eine solche Leckage in den Bereich
des Wassers strömt.
Damit kann kein Wasser eindringen.
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Durch
ein vom sauberen ersten Medium in dem Dichtbereich zum gegebenenfalls
mit Sediment verschmutztem Wasser beziehungsweise Seewasser verlaufenden
Druckgefälle,
welches insbesondere aktiv überwacht
und aufrecht erhalten wird, kann ein Eindringen des Seewassers sicher
vermieden werden. Zwischen dem Dichtbereich und dem Arbeitsbereich,
welcher typischerweise einen Elektromotor aufweist oder als Motor-
oder Getriebebereich ausgebildet ist, und mit einem Schmierstoff,
beispielsweise einem Öl
gefüllt
sein kann, liegt ein weiterer Bereich, welcher als Leckagebereich
bezeichnet ist. Eventuelle Undichtheiten sowohl des Arbeitsbereichs
als auch des Dichtbereichs würden
nun allenfalls einen Austrag des Getriebeöls und/oder des ersten Mediums
in diesen Leckagebereich verursachen. Damit kann sichergestellt
werden, dass ein Eindringen des ersten Mediums in den Arbeitsbereich
einerseits und ein Eindringen des im Arbeitsbereich häufig anzutreffenden Öls in den
Bereich des ersten Mediums und von dort gegebenenfalls in den Bereich
des Wassers sicher verhindert werden kann.
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Der
Aufbau ist konstruktiv einfach und lässt sich aufgrund der vergleichsweise
einfachen und effizienten Gleitringdichtung entsprechend kostengünstig realisieren.
Durch die geeignete Wahl des ersten Mediums, beispielsweise ein
Wasser-Glykolgemisch oder ein wasserverträgliches Bioöl, kann erreicht werden, dass
im Fall einer eventuellen Undichtheit auftretende Kontaminationen
des Wassers mit nicht abbaubaren, das Wasser stark belastenden Stoffen,
wie beispielsweise mineralischen Ölen, sicher und zuverlässig verhindert
wird.
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In
einer besonders günstigen
und vorteilhaften Weiterbildung ist dabei zumindest das Druckniveau
im Dichtbereich erfasst und aktiv in einen vorgegebenen Größenbereich
geregelt. Damit kann das Druckniveau für den Dichtbereich, welches
für die Funktionalität sehr wichtig
ist, aktiv auf einem Niveau gehalten werden, welches immer sicher
oberhalb des Druckniveaus des benachbarten Wassers und des Druckniveaus
des benachbarten Leckagebereichs liegt.
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Gemäß einer
besonders günstigen
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist es ferner vorgesehen, dass der Leckagebereich ein Druckniveau
aufweist, welches kleiner als das Druckniveau des benachbarten Arbeitsbereichs
und kleiner als das Druckniveau des benachbarten Dichtbereichs ist.
Durch diese Ausgestaltung des Leckagebereichs auf einem niedrigen
Druckniveau, so dass es über
dem Querschnitt der einzelnen Bereiche im Leckagebereich eine Drucksenke
gibt, wird das oben beschriebene in besonders günstiger und vorteilhafter Art
weitergebildet. Durch diese Anordnung der einzelnen Drücke in den
aufeinanderfolgenden Bereichen zwischen den drei Gleitringen wird
im Falle einer Leckage das Eindringen des ersten Mediums und des Öls in den
Leckagebereich erleichtert und so eine noch größere Sicherheit gegen eine
Undichtheit zwischen dem Arbeitsbereich und dem Wasser erzielt.
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Prinzipiell
wäre es
selbstverständlich
denkbar, den Leckagebereich leer zu lassen, so dass dieser lediglich
mit Luft gefüllt
ist. Über
einen entsprechenden Ablauf oder gegebenenfalls auch ein Abpumpen
könnten
eventuelle Leckagen, welche aus dem Dichtbereich und dem Arbeitsbereich
in den Leckagebereich gelangen, aus diesem entfernt werden. Gemäß einer
besonders günstigen
und vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es jedoch vorgesehen,
dass der Leckagebereich mit einem zweiten Medium, insbesondere einem
flüssigen
Medium gefüllt ist.
Durch diese Füllung
des Leckagebereichs mit einem zweiten Medium, insbesondere einem
Medium, welches mit dem Medium des Arbeitsbereichs mischbar ist,
entsteht ein besonders günstiger
Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
da durch die Flüssigkeit
im Leckagebereich eine Schmierung der dem Leckagebereich benachbarten
Bereiche der Gleitringe erzielt wird, so dass die Reibung der rotierenden Welle
weiter verringert wird.
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Aufgrund
der aktiven Überwachung
der Drücke
zumindest in dem Dichtbereich, insbesondere jedoch auch im Leckagebereich,
stehen die Werte der jeweiligen Drücke ohnehin als Zahlenwert
zur Verfügung.
Damit kann sehr einfach und ohne weiteren Aufwand ein Mittel zur
Darstellung des Druckniveaus in dem Dichtbereich und/oder dem Leckagebereich realisiert
werden. Diese besonders günstige
und vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erlaubt es,
als Nebeneffekt der Überwachung
und Regelung der Drücke
in den Bereichen eine Art Warnfunktion zu installieren. Sobald die
Drücke
oder einer der Drücke
einen vorgegebenen Grenzwert unter- oder überschreitet beziehungsweise
sich mit einem über
oder unter einem Grenzgradienten liegenden Gradient ändert, kann
eine Warnung ausgegeben werden, beispielsweise dass die Vorrichtung
zu kontrollieren ist, da diese gegebenenfalls eine Undichtheit aufweist.
Außerdem
ermöglicht
die aktive Überwachung
und Regelung der Drücke
beispielsweise über
eine Beaufschlagung mit einem unter Druck stehenden Medium, eine Änderung
des Füllstands
oder dergleichen, die Möglichkeit,
dass der Dichtbereich durch eine Veränderung seiner Drücke an die
jeweilige Wassertiefe, in welcher er eingesetzt wird, angepasst
werden kann.
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Gemäß einer
besonders günstigen
und vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es außerdem vorgesehen,
dass die Aufrechterhaltung des Druckniveaus in dem Dichtbereich
und/oder des Druckniveaus in dem Leckagebereich über die direkte oder indirekte
Beaufschlagung mit Druckluft erfolgt.
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Die
Bereiche beziehungsweise die in den Bereichen befindlichen Medien
können
gemäß dieser
besonders günstigen
und vorteilhaften Ausgestaltung so ausgebildet sein, dass diese
direkt mit Druckluft beaufschlagt werden, um das vorgegebene Druckniveau
zu halten. Alternativ oder ergänzend hierzu
wäre es
selbstverständlich
auch denkbar, anstelle einer direkten Beaufschlagung, bei welcher
die Druckluft sich gegebenenfalls mit dem Medium mischen könnte, die
Beaufschlagung durch eine für
die Druckluft und das Medium dichte Membran hindurch zu realisieren,
so dass sichergestellt ist, dass die Druckluft sich nicht mit dem
Medium mischen kann und somit das Druckniveau sicher und zuverlässig in dem
unter normalen Bedingungen nicht kompressiblen flüssigen Medium
aufrechterhalten werden kann.
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In
einer besonders günstigen
und vorteilhaften Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es vorgesehen,
dass diese für
die Abdichtung einer Welle eines Propellers für den Antrieb einer im Wasser
fortbewegten Baueinheit dient. Eine solche Baueinheit kann beispielsweise
ein Schiff, ein Schwimmkran, ein Schwimmbagger oder auch eine Bohrinsel
oder dergleichen sein. Zum Vortrieb wird in an sich bekannter Art
und Weise ein Propeller eingesetzt, dessen Welle durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
in idealer Weise sicher und zuverlässig abgedichtet werden kann.
Durch den Aufbau mit den zwei zwischen den drei Gleitringen liegenden
Bereichen ist dabei sichergestellt, dass ein zuverlässiger und
dichter Aufbau realisiert wird, und dass selbst im Falle, dass eine
Undichtheit auftritt, durch die Anordnung der einzelnen Bereiche
eine Kontamination des Wassers beispielsweise mit einem im Arbeitsbereich befindlichen Öl sicher
und zuverlässig
verhindert werden kann. Ferner kann das Eindringen von Sedimenten,
welche im Wasser gegebenenfalls mitgeführt werden, ebenso sicher und
zuverlässig
verhindert werden.
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In
einer besonders günstigen
und vorteilhaften Weiterbildung dieser Verwendung ist der Propeller
dabei als azimuthsteuerbarer Antrieb ausgebildet. Ein solcher Propeller
wird typischerweise einen außerhalb
des Rumpfs der Baueinheit liegenden Arbeitsbereich aufweisen, in
welchem eine Getriebeeinheit angeordnet ist, welche eine von dem
Rumpf kommende Bewegung beispielsweise in einer Achse senkrecht
zur Wasseroberfläche
in eine parallel zur Wasseroberfläche verlaufende Achse umsetzt.
Eine solche Getriebeeinheit kann in dem dann mit Getriebeöl gefüllten Arbeitbereich
angeordnet sein und über
die rotierende Welle die Drehbewegung auf einen Propeller übertragen.
Dieser Propeller lässt
sich dann in an sich bekannter Art und Weise um die senkrecht zur
Wasseroberfläche
stehende Achse bewegen, so dass dieser in beliebiger Richtung einen Vorschub
erzeugen und damit die Baueinheit lenken oder ein Lenken der Baueinheit
unterstützen
kann. An Stelle eines solchen Propellers mit einer mechanischen
Getriebeeinheit, welcher häufig
auch als Ruderpropeller bezeichnet wird, wäre hier selbstverständlich auch
die Anwendung eines elektrisch angetriebenen Propellers denkbar,
bei dem der zum Antrieb benötigte
Elektromotor im Bereich des Propellers und damit typischerweise
im Bereich einer Gondel des Antriebs angeordnet ist. Ein solcher
Aufbau wird auch als POD-Antrieb bezeichnet.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Aufbaus zur Abdichtung
einer rotierenden Welle für
den Einsatz unter Wasser sowie einer geeigneten Verwendung hierfür ergeben
sich außerdem
aus den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen, welche anhand
der Figuren näher
erläutert
werden.
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Dabei
zeigen:
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1 eine
beispielhafte Darstellung einer im Wasser fortbewegten Baueinheit
mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 einen
vergrößerten Ausschnitt
der Gondel gemäß 1;
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3 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Abdichtung einer
rotierenden Welle;
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4 eine
Druckregelung für
die Vorrichtung gemäß 3 in
einer ersten Ausführungsform;
und
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5 eine
Druckregelung für
eine Vorrichtung gemäß 3 in
einer alternativen Ausführungsform.
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In 1 ist
sehr stark schematisiert ein Schiff 1 als eine im Wasser
fortbewegte Baueinheit zu erkennen. Wie bereits erwähnt, könnte der
Aufbau alternativ hierzu in anderen unter Wasser eingesetzten Antrieben
Verwendung finden, beispielsweise zum Antrieb von Schwimmkränen, Schwimmbaggern,
Bohrinseln oder anderen unter Wasser eingesetzten Baueinheiten mit
rotierenden Wellen, welche gegenüber
eindringendem Wasser und/oder in das Wasser eindringenden Medien
abgedichtet werden müssen.
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Das
hier beispielhaft dargestellte Schiff 1 soll im Seewasser 2 betrieben
werden, dessen Oberfläche 3 in 1 entsprechend
angedeutet ist. Das Schiff 1 selbst weist einen schematisch
dargestellten an sich bekannten Propeller 4 auf, welcher
in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
als Ruderpropeller ausgebildet sein soll. Dieser Ruderpropeller weist
eine Gondel 5 unterhalb der Wasseroberfläche 3 auf,
welche einen Arbeitsbereich 6 umschließt. Der Arbeitsbereich 6 ist
in der vergrößerten Darstellung der
Kanzel 5 in 2 zu erkennen. In dem Arbeitsbereich 6 wird über Getriebeelemente 7 eine
um eine Achse 8 senkrecht zur Wasseroberfläche eingetragene
Drehbewegung in eine Drehbewegung einer rotierenden Welle 9 in
etwa parallel zur Wasseroberfläche 3
,
für den
Antrieb des Propellers 4, umgesetzt. Der Arbeitsbereich 6 ist
mit einem Getriebeöl
gefüllt,
so dass die Getriebeelemente 7, welche hier rein beispielhaft
und stark vereinfacht dargestellt sind, während des Betriebs geschmiert
werden.
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Der
gesamte Aufbau des Ruderpropellers ist so ausgebildet, dass die
Kanzel 5 entsprechend dem Pfeil A in 1 um
die Achse 8 beweglich ist, so dass der Propeller 4 in
verschiedene Richtungen Vorschub erzeugen kann und so zum Lenken
des Schiffes 1 alleine oder unterstützend zu einem hier nicht dargestellten Ruder
eingesetzt werden kann. Der Aufbau der Kanzel 5 wird im
Allgemeinen außerdem
einen Aufbau aufweisen, welcher eine Schutzgitter oder eine Düre für den Propeller 4 umfasst.
Auch dies ist bekannt und üblich.
Auf eine Darstellung wurde jedoch verzichtet, da es für die vorliegende
Erfindung nicht weiter relevant ist.
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Der
Antrieb der Achse 8 erfolgt in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
in an sich ebenfalls bekannter Art und Weise über ein Antriebsaggregat 10,
beispielsweise einen Verbrennungsmotor, und gegebenenfalls ein weiteres
Getriebe 11 in einem Arbeitsraum 12, welcher über der
rotierenden Welle 9, im Allgemeinen im Inneren des Schiffs 1 angeordnet
ist. Dieser bis hierher gezeigte Aufbau entspricht dabei dem aus
dem Stand der Technik bekannten Aufbau. Um die rotierende Welle 9,
welche den Propeller 4 im Betrieb in den durch den Pfeil
B dargestellten Richtung antreibt, entsprechend abzudichten, so
dass eine Abdichtung zwischen dem Wasser 2 und dem Arbeitsbereich 6 realisiert
werden kann, ist eine entsprechende Vorrichtung 13 zum
Abdichten vorgesehen. Im Nachfolgenden soll auf diese Vorrichtung 13 nun
im Detail eingegangen werden.
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Alternativ
zu dem hier beispielhaft beschriebenen Aufbau eines sogenannten
Ruderpropellers, bei dem die Leistung mechanisch in den Bereich
der Gondel 5 und damit zum Propeller 4 übertragen
wird, wäre
selbstverständlich
auch ein sogenannter POD-Antrieb denkbar. Bei diesem Aufbau würde im Bereich
der Gondel 5 zum Antrieb der Welle 9 dann unmittelbar
ein Elektromotor angeordnet, sodass diese lediglich über eine
elektrische Leistungsquelle im Inneren des Schiffs 1 und
in die Gondel 5 führende elektrische
Leitungen betrieben werden kann. Auch für einen solchen Antrieb gilt
das in den nachfolgenden Figuren dargestellte, welches weiterhin
am Beispiel eines Ruderpropellers beschrieben wird, analog.
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In
der Darstellung der 3 ist nun der für die Abdichtung
relevante Teil der Vorrichtung 13 nochmals detailliert
dargestellt. Dabei ist eine Hälfte der
rotierenden Welle 9 in einem Abschnitt zu erkennen. Auf
der rechten Seite der rotierenden Welle 9 ist in dem hier
dargestellten Ausführungsbeispiel
der Arbeitsbereich 6 angeordnet. Auf der linken Seite des hier
dargestellten Abschnitts der rotierenden Welle 9 findet
sich das Wasser beziehungsweise Seewasser 2, in welchem
der in 3 nicht nochmals dargestellte Propeller 4 entsprechend
rotiert. Die Vorrichtung zur Abdichtung 13 umfasst nun
benachbart zum Wasser einen ersten Gleitring beziehungsweise ein erstes
Gleitringpaar 14, welcher ein mit der Kanzel 5 verbundenes
Gehäuseelement 15 gegenüber der
rotierenden Welle 9 beziehungsweise einem an ihr ausgebildeten
rotationssymmetrischen Aufsatz 9a abdichtet. Der Gleitring 14 ist
dazu mit seinem mit ihm korrespondierenden Gegenelement auf einem
ersten Vorsprung 16 des Aufsatzes 9a angeordnet.
Ein zweiter Gleitring beziehungsweise ein zweites Gleitringpaar 17 dichtet
den ersten Vorsprung 16 auf seiner dem Wasser 2 abgewandten
Seite ebenfalls gegenüber
dem Gehäuse 15 ab,
so dass sich zwischen den beiden Gleitringen 14 und 17 ein
im Nachfolgenden als Dichtbereich 18 bezeichneter Bereich
ausbildet. Ein dritter Gleitring beziehungsweise ein drittes Gleitringpaar 19 dichtet
den Arbeitsbereich 6 gegenüber der rotierenden Welle 9 beziehungsweise
einem zweiten Vorsprung 20 an dem Aufsatz 9a
9 ab.
Auch hier ist die Ausgestaltung der Gleitringe 17, 19 beziehungsweise
des Gehäuses 15 so
ausgebildet, dass sich zwischen den beiden Gleitringen 17, 19 und
der rotierenden Welle 9 ein nachfolgend als Leckagebereich 21 bezeichneter
Bereich ausbildet.
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Der
Aufbau der Vorrichtung 13 zum Abdichten der rotierenden
Welle 9 nutzt also drei Gleitringe 14, 17, 19,
welche zwischen sich und der rotierenden Welle 9 beziehungsweise
dem sie umgebenden Gehäuse 15 den
Dichtbereich 18 und unabhängig von diesen den Leckagebereich 21 ausbilden.
In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Lage der einzelnen Gleitringe 14, 17 und 19 dabei
so gewählt, dass
diese eine Dichtfläche
ausbilden, welche in einer Ebene senkrecht zur rotierenden Welle 9 angeordnet
ist. Alternativ hierzu wäre
es prinzipiell auch denkbar, die Gleitringe in einer in Umfangsrichtung zur
Welle 9 ausgebildeten Fläche dichtend an diese anzulegen.
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Der
in 3 dargestellte Aufbau ist nun so gewählt, dass
in dem Dichtbereich 18 ein höherer Druck herrscht, als in
dem die Vorrichtung 13 umgebenden Wasser und als in dem,
dem Dichtbereich 18 ebenfalls benachbarten Leckagebereich 21.
Dieser Druck wird über
ein Leitungselement 22 und einen hier über das Bezugszeichen P1 sowie
den hiermit bezeichneten Pfeil angedeuteten Druckregelung aufrechterhalten.
Wie es in der nachfolgenden 4 beispielhaft
dargestellt ist, kann die Druckregelung P1 beispielsweise mittels
eines im Arbeitsraum 12 angeordneten Vorratstanks 23 realisiert
sein. Der Vorratstank 23 kann dafür beispielsweise mit einer ersten
Druckluftquelle 24 verbunden werden. In dem ersten Leitungselement 22 und
dem ersten Vorratstank 23 sowie in dem Dichtbereich 18 ist
dabei ein Medium, insbesondere in flüssiges Medium, eingebracht.
Dieses flüssige
Medium dient einerseits zur Benetzung und Schmierung der entsprechenden Bereiche
der beiden Gleitringe 14, 17 und kann andererseits
den Druck in dem Dichtbereich 18 aufrechterhalten. Der
Druck kann aufgrund des unter normalen Bedingungen nicht kompressiblen
flüssigen
ersten Mediums beispielsweise im Bereich des ersten Vorratstanks 23 oder
des ersten Leitungselements 22 erfasst werden, wofür hier ein
Sensor 25 angedeutet ist. Der erfasst Druckwert kann in
einer Elektronik 26 ausgewertet werden und wird gemäß dem gestrichelt
dargestellten Pfeil zur Beeinflussung der Druckluftquelle 24 genutzt,
um ein vorgegebenes Druckniveau in dem Vorratstank 23 und
damit in dem ersten Medium in dem Vorratstank 23, dem Leitungselement 22 und
dem Dichtbereich 18 aufrecht zu erhalten.
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Prinzipiell
wäre für den Leckagebereich 21 auch
eine reine Anbindung an ein Steigrohr denkbar, so dass sich im Leckagebereich 21 der über der
Wasseroberfläche
herrschende Umgebungsdruck einstellt. Im dem in der 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist jedoch ein Aufbau gewählt,
welcher über
ein Leitungselement 27, einen Vorratstank 28, eine
weitere Druckluftquelle 29 sowie einen Sensor 30 mit
zugehöriger
Elektronik 31 im Wesentlichen vergleichbar zu dem Aufbau
für den
Dichtbereich 18 ausgeführt
ist. In der Darstellung der 3 ist auch diese
Druckregelung als Druckregelung P2 durch einen Pfeil symbolisch
angedeutet. Anstelle der beiden in 4 dargestellten
Druckluftquellen 24, 29wäre selbstverständlich auch
eine Druckluftquelle denkbar, welche über geeignete Ventileinrichtungen
oder dergleichen zwei verschiedene Drücke in dem ersten Vorratstank 23 und
dem zweiten Vorratstank 28 bereitstellen kann.
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Der
Aufbau der Vorrichtung 13 zum Abdichten der rotierenden
Welle 9 kann nun in verschiedenen Wassertiefen eingesetzt
werden, je nachdem, ob ein Schiff, ein Kran, eine Bohrinsel oder
dergleichen über
den Propeller 4 angetrieben werden soll. Bei typischen
Wassertiefen zwischen 8 m und 30 m unterhalb der Wasseroberfläche 3 wird
im Wasser 2 ein Druck von ca. 0,8 bis 3 bar vorliegen.
Das Druckniveau in dem Dichtbereich 18 wird nun entsprechend
diesem vorgegebenen Druck des die Vorrichtung 13 umgebenden
Wassers 2 angepasst. Das Druckniveau in dem Dichtbereich 18 ist
dabei um 0,5 bis 3 bar, bevorzugt um 1,5 bar höher als der Druck im benachbarten
Wasser 2. Geht man von dem eben genannten Beispiel eines
Wasserdrucks von 0,8 bis 3 bar aus, so wird sich im Dichtbereich 18 ein
Druckniveau in der Größenordnung
von 2,3 bis 4,5 bar in der bevorzugten Ausführungsform einstellen. Dieses entsprechend
der Wassertiefe des Propellers 4 vorgegebene Druckniveau
wird dann über
eine entsprechende Überwachung über den
Sensor 25 sowie die Elektronik 26 und eine geeignete
Regelung des Drucks über
die Druckluftquelle 24 aufrechterhalten. In dem benachbarten
Leckagebereich 21 herrscht nun ein niedrigeres Druckniveau
als in dem Dichtbereich 18. Das Druckniveau im Leckagebereich 21 wird
dabei um mindestens 0,5 bar, bevorzugt mindestens 1,5 bar unter
dem Druck des benachbarten Dichtbereichs 18 liegen. Mit
den zuvor genannten Zahlenbeispielen bedeutet dies, dass das Druckniveau
in etwa zwischen 0,8 und 3 bar liegen wird. Bevorzugt ist dabei
ein eher geringer Wert, so dass hier beispielhaft von einem Druckniveau
von ca. 0,8 bar ausgegangen werden soll. Dieses Druckniveau wird
im Aufbau gemäß 4 analog
dem Druckniveau im Dichtbereich 18 auch im Leckagebereich 21 über den
Aufbau mit Drucksensor 30 und Elektronik 31 entsprechend überwacht
und durch die geeignete Beeinflussung der Druckluftquelle 29 geregelt aufrechterhalten.
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Nun
ist der Aufbau so, dass in dem Arbeitsbereich 6 ein Getriebeöl vorhanden
ist. Dieses Getriebeöl
wird dabei auf einem Druckniveau in dem Arbeitsbereich 6 sein,
welches um mindestens 0,1 bar, bevorzugt um mindestens 0,3 bar über dem
Druckniveau des Wassers 2 liegt. Geht man wieder auf die zuvor
genannten Zahlenbeispiele zurück,
so würde dies
bedeuten, dass das Getriebeöl
unter einem Druck von ca. 1,1 bis 3,3 bar vorliegt.
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Im
regulären
Betrieb der Vorrichtung 13 ist durch diese gezielte Anordnung
der Druckniveaus nun sichergestellt, dass der Bereich des höchsten Druckniveaus
der Dichtbereich 18 ist, während der Bereich des geringsten
Druckniveaus der Leckagebereich 21 ist. Sollte es nun zu
einer Undichtheit beispielsweise zwischen dem Dichtbereich 18 und
dem Wasser 2, also im Bereich des ersten Gleitrings 14, kommen,
so wird aufgrund des Überdrucks
in dem Dichtbereich 18 kein Wasser in die Vorrichtung eindringen,
sondern lediglich das erste im Dichtbereich 18 vorhandene
Medium in einer geringen Menge in das Wasser ausgetragen. Das erste
Medium in dem Dichtbereich 18 ist daher ein Medium mit
guter Verträglichkeit
zu dem Wasser zu wählen,
so dass bei einem eventuellen Eindringen in das Wasser keine Kontamination
auftritt. Beispiele wären
hier entsprechende Bioöle,
welche problemlos abbaubar sind, oder auch ein geeignetes Gemisch
aus Wasser und Frostschutzmittel. Sollte es auf der anderen Seite
im Bereich des zweiten Gleitrings 17 zu entsprechenden Leckagen
kommen, so wird dieses erste Medium ebenfalls nicht nach außen strömen, sondern
in den Leckagebereich 21 eindringen und sich dort mit dem dort
befindlichen zweiten Medium mischen. Dieses Medium kann beispielsweise
ein mineralisches Öl sein,
welches insbesondere mit dem Getriebeöl verträglich ist, so dass bei eventuellen
Undichtheiten im Bereich des dritten Gleitrings, bei welchem Getriebeöl in den Leckagebereich 21 einströmen könnte, eine entsprechende
Vermischung der Medien erfolgen kann. Durch die während des
Betriebs immer vorhandene Drucksenke im Leckagebereich 21 werden eventuelle
Undichtheiten immer in Richtung des Leckagebereichs erfolgen, so
dass auch bei Undichtheiten, zumindest für einen gewissen Zeitraum,
auch weiterhin ein sicherer und zuverlässiger Betrieb der Vorrichtung 13 garantiert
ist.
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Die
Vorrichtung 13 ist jedoch nicht nur bei geringfügigen Undichtheiten
der Gleitringe 14, 17, 19 entsprechend
sicher, sondern auch dann, wenn einer der Gleitringe vollständig versagen
würde.
Würde beispielsweise
der Gleitring 14 vollkommen versagen, so würde das
Seewasser 2 in den Dichtbereich 18 eindringen.
Dann wäre
das entsprechende Druckniveau im Dichtbereich 18 nicht
mehr aufrechtzuerhalten. Dies würde
durch die Elektronik 26 erkannt, beispielsweise indem ein
vorgegebener Druckwert unter- oder überschritten wird beziehungsweise
indem der Druck durch das Ausströmen
des Mediums in das Seewasser mit einem so großen Gradienten abfällt, dass
dieser über
einem definierten Gradient der geregelten Änderung des Drucks liegen würde. In diesem
Fall könnte über geeignete
Mittel zur Darstellung der Situation ein Alarm ausgelöst werden,
welcher anzeigt, dass der Gleitring 14 versagt hat. In
der Folge würde
sich dann der Dichtbereich 18 mit dem Seewasser 2 füllen und
auf dem gleichen Druckniveau liegen, wie das Wasser 2 in
der Umgebung der Vorrichtung 13. Bezieht man sich auf die
zuvor dargestellten Zahlenbeispiele, so wäre dies ein Druck von ca. 0,8
bis 3 bar. Da in der nun benachbarten Leckagekammer 21 nach
wie vor maximal derselbe, typischerweise aber eher ein geringerer
Druck von 0,8 bar herrscht, würde
eine eventuelle Leckage sowohl von Öl aus dem Arbeitsbereich 6 als
auch von nunmehr in dem Dichtbereich 18 befindlichem Seewasser 2 immer
in den auf gleichem oder niedrigerem Druckniveau liegenden Leckagebereich 21 strömen. Eine
direkte Kontamination beziehungsweise ein direkter Kontakt zwischen
dem Getriebeöl
im Arbeitsbereich 6 und dem Seewasser 2 kann also
auch dann noch sicher und zuverlässig
vermieden werden. Aufgrund der Möglichkeit,
diese Leckage über
eine Elektronik zu erkennen, kann dann in einer Art Notbetrieb der
Propeller 4 weiter betrieben werden, bis schnellstmöglich eine
Wartung der Vorrichtung 13 erfolgt. Sollte es in dieser
Situation dennoch zu einem Versagen auch des zweiten Gleitrings 17 kommen, so
wäre immer
noch über
den Gleitring 19 eine Basisabdichtung des Arbeitsbereichs 6 gegenüber dem Wasser 2 gewährleistet.
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Eine
zweite denkbare Versagensvariante wäre das Versagen des zweiten
Gleitrings 17. In diesem Fall würde das unter einem höheren Druck
stehende erste Medium aus dem Dichtbereich 18 in den Leckagebereich 21 eindringen
und im Bereich des Sensors 30 beziehungsweise der Elektronik 31 eine vergleichbare
Warnung wie zuvor für
den Dichtbereich 18 beschrieben auslösen. Im Endstadium einer solchen
Leckage würde
dann das erste Medium aus dem Dichtbereich 18 nicht nur
im Dichtbereich, sondern auch im Leckagebereich 21 vorliegen
und zwar, bezogen auf das oben genannte Zahlenbeispiel, auf einem
Druckniveau von ca. 2,3 bis 4,5 bar. In diesem Fall würden die
nun verbundenen Dichtbereiche 18 und Leckagebereiche 21 eine
Art Dichtkammer darstellen, welche durch den Überdruck weiterhin eine Abdichtung
und das Abhalten von Sedimenten gegenüber dem Seewasser 2 realisiert
und andererseits durch den hier vorliegenden Überdruck ein Austreten von Öl aus dem
Arbeitsbereich 6 verhindert. Im schlimmsten Fall würde Flüssigkeit
aus diesen gemeinsamen Bereichen in den Bereich des Öls eindringen
und diese gegebenenfalls unbrauchbar machen. Da dieses jedoch über einen
längeren
Zeitraum erfolgt, wäre
aufgrund der möglichen
Warnung auch hier eine schnelle Wartung der Vorrichtung 13 möglich. In
jedem Fall wird jedoch eine Kontamination des Wassers 2 mit
dem Getriebeöl
aus dem Arbeitsbereich 6 verhindert.
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Der
dritte denkbare Fall einer Fehlfunktion liegt in einem Versagen
des dritten Gleitrings 19. In diesem Fall würde aufgrund
des niedrigeren Druckniveaus im Leckagebereich 21 das Getriebeöl den Leckagebereich 21 fluten
und durch einen entsprechenden Druckanstieg am Sensor 30 könnte wiederum
eine Warnung beziehungsweise ein Erkennen dieses Zustands erfolgen.
Der Leckagebereich 21 und der Arbeitsbereich 6 wären dann
in dem oben dargestellten Ausführungsbeispiel
mit einem Druck von 1,1 bis 3,3 bar und zwar mit einem Gemisch des Getriebeöls sowie
des mit dem Getriebeöl
verträglichen
zweiten Mediums aus dem Leckagebereich 21 gefüllt. Gegenüber diesem
würde der
Dichtbereich 18, welcher nach wie vor auf einem Druckniveau
von 2,3 bis 4,5 bar liegt, in jedem Fall eine Dichtwirkung ausüben, da
eventuelle Leckagen nicht in Richtung vom Arbeitsbereich 6 zum
Wasser 2, sondern allenfalls vom Dichtbereich 18 in
Richtung des mit dem Arbeitsbereich 6 dann verbundenen
Leckagebereich 21 erfolgen würden. Auch so ist weiterhin
eine sichere Abdichtung zwischen dem im Arbeitsbereich 6 befindlichen Öl und dem
die Vorrichtung 13 umgebenden Wasser 2 gewährleistet.
-
In
der Darstellung der 5 ist nun ein Aufbau gezeigt,
für den
im Wesentlichen dasselbe gilt, wie für den in 4 beschriebenen
Aufbau. Der einzige Unterschied zwischen den Figuren liegt nun darin,
dass anstelle der Druckregelung des ersten Mediums im Druckbereich 18 und
des zweiten Mediums im Leckagebereich 21 über Druckluft
eine entsprechende Anordnung mit Steigrohren 32 beziehungsweise 33 realisiert
ist. Die beiden Vorratstanks 23 und 28 sind in
diesem Fall über
Ventileinrichtungen 34
und 35 mit den jeweiligen
Steigrohren 32 und 33 verbunden. Über eine
weitere Leitung sowie eine darin befindliche Fördereinrichtung 36 und 37 entsteht
eine weitere Verbindung zu den Steigrohren 32 und 33. Bei
geschlossenem Ventil und betriebener Fördereinrichtung kann so Medium
in den Bereich der Steigrohre 32 beziehungsweise 33 gepumpt
werden, während
durch ein Öffnen
der Ventile 34, 35 Medium aus den Steigrohren
entnommen werden kann. Die Höhe des
Mediums in den Steigrohren bestimmt dabei den Druck des Mediums
und damit auch den Druck in dem jeweiligen Bereich 18 beziehungsweise 21.
Der Aufbau erlaubt also als Alternative zu der vorher dargestellten
Aufrechterhaltung des Drucks über
Druckluft die Aufrechterhaltung ausschließlich aufgrund der geodätischen
Höhe der
Flüssigkeit
in den Steigrohren 32 beziehungsweise 33. Eine
Visualisierung der Druckniveaus könnte über entsprechende Schaugläser im Bereich
der Steigrohre 32 beziehungsweise 33 erfolgen.
Ansonsten gilt für
den in 5 dargestellten Aufbau das oben bereits ausgeführte.
