DE3827103C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stopfbuchse zur Abdichtung einer Wellendurchführung gegen Flüssigkeitsdurchtritt, mit einer aus einem oder mehreren Packungsringen bestehenden Packung, die mittels eines Druckgliedes innerhalb einer Stopfbuchsen­ bohrung axial eingespannt ist, welche einen größeren Durch­ messer als die Packung aufweist und in dem dadurch geschaffe­ nen erweiterten Bereich wenigstens eine hohle Ringmanschette aufnimmt, der ein Druckmittel zur Ausübung eines radialen An­ preßdruckes gegen die Packung zuführbar ist.

Bei Stopfbuchsen erfolgt normalerweise die axiale Einspannung der Packung mit Hilfe der sog. Stopfbuchsenbrille, die mit Gewinde, Schrauben oder Federkraft gegen das die Stopfbuch­ senbohrung enthaltende Gehäuse verspannt wird und dadurch auf die aus einem oder mehreren Weichpackungsringen bestehende Packung einen Druck in Axialrichtung ausübt, der die Packung verformt und radial gegen die Welle anpreßt. Dabei darf, wenn die Stopfbuchse zur Abdichtung einer Wellendurchführung gegen Flüssigkeitsdurchtritt eingesetzt wird, der Anpreßdruck der Packung gegen die Welle nicht zu groß sein, um einen von der Flüssigkeit gebildeten Schmierfilm aufrecht zu erhalten und unzulässige Reibungskräfte zwischen der Packung und der Welle zu verhindern. Andererseits darf der Anpreßdruck mit Rück­ sicht auf die Leckage auch nicht zu niedrig sein.

Bei solchen axial verspannten Stopfbuchsen ist der Anpreß­ druck gegen die Welle über die Packungslänge nicht gleich, sondern fällt nach einer Exponentialfunktion ab. Die Einstel­ lung und Aufrechterhaltung des richtigen Anpreßdruckes ist deshalb bei den üblichen Weichpackungsstopfbuchsen sehr schwierig, und führt entweder zu unerwünscht großem Ver­ schleiß durch Reibung oder mangelhafter Abdichtung.

Einen über die axiale Länge im wesentlichen gleichmäßigen An­ preßdruck erhält man mit Stopfbuchsen der eingangs genannten Art, wie sie z. B. in der AT-PS 6968 und der CH-PS 4 80 572 beschrieben sind oder mit in ähnlicher Weise radial mit Druckfluid beaufschlagten Packungen, wie z. B. gemäß DE-PS 94 538 oder DE-OS 28 18 843. Allerdings eignen sich diese be­ kannten Stopfbuchsen nicht für eine Regelung des Anpreß­ drucks, z. B. entsprechend der Tauchtiefe eines U-Boots, denn die durch radiale Druckbeaufschlagung gegen die Welle ange­ drückten Packungen behalten den Anpreßdruck im wesentlichen auch dann noch bei, wenn der Druckmitteldruck reduziert wird. Die Folge ist eine hohe Reibung mit entsprechender Erwärmung und Verschleiß sowohl der Packung als auch der abzudichtenden Welle, was wiederum zu einer wesentlichen Minderung der Le­ bensdauer der Stopfbuchse bis hin zur Blockierung der drehen­ den Welle führen kann.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile eine Stopfbuchse zu schaffen, die es ermöglicht, die Packungsringe auch bei sich änderndem Flüs­ sigkeitsdruck so geregelt anzupassen, daß der Dichtspalt zwi­ schen Packung und Wellenoberfläche immer annähernd konstant bleibt und dadurch ein definierter Schmierfilm zwischen Pac­ kung und Welle gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Packungsringe aus elastischem Material mit guter Gleiteigen­ schaft bestehen und in der Stopfbuchsenbohrung zwischen star­ ren Stützringen mit kegeligen Stirnflächen eingespannt sind, welche die Endflächen der Packungsringe hohlkegelig verfor­ men, und daß die Stützringe mit den Packungsringen drehfest verbunden sind und wenigstens ein Stützring gegen Drehung in­ nerhalb der Stopfbuchsenbohrung festgelegt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Stopfbuchse wird im Zusammenwirken mit den Stützringen die Ringmanschette nicht nur als Drucker­ zeuger, sondern als leicht regelbares Kraftelement zur va­ riablen Anpressung der Packung gegen die Welle benutzt, um den Leckspalt zwischen Packung und Welle leicht und genau, insbesondere auch an sich ändernde Flüssigkeitsdrücke, anpas­ sen zu können. Dabei fällt den kegeligen Endflächen der Stützringe die Aufgabe zu, die Packungsringe bei der Vermin­ derung oder gar dem völligen Wegfall des Anpreßdrucks der Ringmanschetten wieder aufzuweiten und dadurch den Ringspalt zur Welle zu vergrößern. Auf diese Weise läßt sich die Rege­ lung der Leckage und Schmierung auch bei extremen Druck­ schwankungen der abzudichtenden Flüssigkeit, wie sie vor al­ lem bei Unterseebooten vorkommen, leicht beherrschen.

Weitere Merkmale zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin­ dung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei der Abdichtung einer Schiffswellendurchführung wird nachstehend in Ver­ bindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Gesamtabdichtung der Schiffswelle im Längsschnitt,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maßstab mit einer als Stopfbuchse nach der Erfindung ausgeführten Hilfsdich­ tung.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Teil der Außenhaut eines Schiffs­ körpers bezeichnet, die eine Durchbrechung 12 zur Durch­ führung der Schiffswelle 14 von der Antriebsmaschine zur Schiffsschraube enthält. Zur Abdichtung der Welle 14 dient eine Dichtungsanordnung mit einem an der Innenseite der Außenhaut 10 angeschraubten mehrteiligen Gehäuse 16, das eine Hauptdichtung 18, eine Hilfsdichtung 20 sowie eine Notdichtung 22 enthält.

Die Hauptdichtung 18 ist als Gleitringdichtung ausgebil­ det, deren genauer Aufbau hier nicht interessiert und des­ halb nicht erläutert zu werden braucht. Fällt sie, aus wel­ chen Gründen auch immer aus, wird die davor in Richtung zur Antriebsmaschine liegende Hilfsdichtung 20 zur Wirkung ge­ bracht und gestattet aufgrund ihrer Ausbildung als Stopf­ buchse eine Fortsetzung des Fahrbetriebs, was insbesondere dann wichtig ist, wenn sich das Schiff in schwerer See oder engen Gewässern befindet oder, wie im Fall eines im Kriegs­ einsatz befindlichen Unterseebootes, durch die Tiefenruder in bestimmter Wassertiefe gehalten werden muß. Fällt auch die Hilfsdichtung 20 aus oder soll die Hauptdichtung 18 repariert werden, wird die hinter der Hauptdichtung 18 in Richtung zur Schiffsschraube liegende Notdichtung 22 zur Wirkung gebracht, die in bekannter Weise aus einer hohlen elastischen Ringmanschette besteht, deren Querschnitt bei der Einleitung eines Druckmittels in das Innere der Man­ schette aufgeweitet wird und sich dadurch dichtend zwischen die sie enthaltende Bohrungswandung des Gehäuses 16 und die dabei stillstehende Welle verspannt. In diesem Zustand ist ein Fahrbetrieb nicht mehr möglich.

Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab den Aufbau der als Stopf­ buchse nach der Erfindung ausgebildeten Hilfsdichtung 20. In einem Dichtungsgehäuse 24, das aus zwei beispielsweise durch Schweißung miteinander verbundenen Teilen 26, 28 be­ steht und seinerseits einen Teil des mehrteiligen Gehäuses 16 bildet, ist um die Welle 14 ein ringförmiger Hohlraum 30 ausgebildet, der einer erweiterten Packungsbohrung ent­ spricht und radial nach außen durch den Gehäuseteil 28, zur Hauptdichtung 18 hin durch den Gehäuseteil 26 und in entgegengesetzter Richtung durch eine Ringscheibe 32 sowie einen in diese mit einem kragenförmigen Ansatz 34 eingreifen­ den Einstellflansch 36 begrenzt ist. Die Ringscheibe 32 ist auf nicht gezeigte Weise fest mit dem Gehäuseteil 28 verschraubt, während der Einstellflansch 36 durch Schrauben 38 axial eingestellt werden kann.

Der ringförmige Hohlraum 30, der im radial inneren Bereich eine größere Länge als im radial äußeren Bereich aufweist, nimmt im radial inneren Bereich zwischen dem Gehäuseteil 26 und dem Einstellflansch 36 zwei Packungsringe 40 zwi­ schen drei Stützringen 42, 44, 46 auf. Die Packungsringe 40 bestehen aus einem elastisch verformbaren Material mit gu­ ten Gleiteigenschaften wie beispielsweise Polytetrafluor­ äthylen und sind mit hohlkegeligen Endflächen versehen und zwischen den mit kegeligen Stirnflächen versehenen Stützrin­ gen 42, 44, 46 derart eingespannt, daß ihre Endflächen hohl­ kegelige Gestalt annehmen, wodurch zugleich auf die Pac­ kungsringe eine radial nach außen wirkende Kraft ausgeübt wird. Der mittlere Stützring 44 trägt an beiden Enden Kegel­ flächen, während die beiden äußeren Stützringe 42, 46 je­ weils eine kegelige und eine ebene Stirnfläche aufweisen. Die Packungen 40 sind von dünnen hülsenförmigen Bandagen 48 aus begrenzt elastischem Material umschlossen, die je einen (nicht gezeigten) Längsschlitz am Umfang aufweisen, und grenzen über diese an die ringförmigen Stegwände 50 zweier im Querschnitt U-förmiger Ringmanschetten 52 aus elasti­ schem Material wie natürlichem oder künstlichem Gummi oder einem geeigneten sonstigen Kunststoff an, die im radial äußeren Bereich des Hohlraumes 30 zwischen dem Gehäuseteil 26 und der Ringscheibe 32 mit einem dazwischenliegenden Trennring 54 formschlüssig aufgenommen sind. Die von den Schenkelwänden gebildeten Stirnenden der Ringmanschetten 52 tragen im radial äußeren Bereich kragenförmige Vorsprünge 56, mit denen sie in entsprechende Ausnehmungen des Gehäuse­ teils 26, der Ringscheibe 32 und des Trennrings 54 form­ schlüssig eingreifen und durch in die Maulöffnungen der Ringmanschetten eingesetzte Distanzringe 58 in Stellung gehalten werden.

Die Distanzringe 58 sind am Außenumfang mit je einer fla­ chen Ringnut 60 versehen, von der am Umfang verteilte Ra­ dialbohrungen 62 in die von den Manschettenwandungen und dem Distanzring umschlossene Hohlkammer 64 führen. Im Ge­ häuseteil 28 ausgebildete Kanäle 66 münden in die Ringnuten 60 und gestatten die gesteuerte Zuleitung von Druckflüssigkeit oder von Druckluft aus einem (nicht gezeigten) Druckluftsystem zu den Hohl­ kammern 64, wodurch die Stegwände 50 der Ringmanschetten 52 radial nach einwärts verformt werden und über die Ban­ dagen 48 auf die Packungsringe 40 drücken, die ihrerseits radial nach einwärts verformt werden und die Ringspalte 68 zwischen den Packungsringen 40 und der Welle 14 derart ver­ schließen, daß nur noch eine ganz geringe Leckflüssigkeits­ menge aus dem davorliegenden Ringspalt zwischen dem Gehäuse­ teil 26 und der Welle 14 in den Ringspalt 68 zwischen den Packungsringen 40 und der Welle 14 zur Bildung eines Schmierfilms gelangt, der ein Weiterdrehen der Welle 14 und dadurch die Aufrechterhaltung des Fahrbetriebs gestat­ tet. Ein in eine Ringnut in der ebenen Stirnwand des Stütz­ rings 42 eingesetzter Dichtring 72 verhindert das Eindrin­ gen des Seewassers in den äußeren Bereich des Hohlraums 30 und dadurch einen Druckaufbau von rückwärts der die Ein­ stellbarkeit der Dichtung beeinträchtigen würde. Ein Mit­ drehen der Packungen 40 und der Stützringe 42, 44, 46 mit der Welle 14 wird durch Verbindungsstifte 74, 76 verhin­ dert, die einmal axial in entsprechende Bohrungen der Packungen 40 und der Stützringe 42, 44, 46 an deren Umfang und zum anderen radial in eine oder mehrere Bohrungen des Trennrings 54 und eine entsprechende Anzahl von Axialschlit­ zen 78 des mittleren Stützringes 44 eingesetzt sind. Eine weitere Stiftverbindung zwischen dem Gehäuseteil 28 und dem Trennring 54 wird für gewöhnlich entfallen können, da der Trennring durch den Reibschluß zu den Manschetten 52 aus­ reichend gegen Drehung gesichert ist.

Im Gegensatz zu den bekannten Stopfbuchsen dient der Flansch 36 nur zur einstellbaren Axialbegrenzung des inne­ ren Bereichs des Hohlraums 30 derart, daß die Packungsringe 40 eine ausreichende Vorspannung erhalten, die bei der Druckverminderung in den Manschetten ihre Aufweitung über die kegeligen Endflächen der Stützringe zur Folge hat. Hier­ durch wird bei der Druckentlastung der Ringmanschetten 52 ein völliges Öffnen der Hilfsdichtung 20 bewirkt und jeg­ licher Verschleiß der Packungsringe während des normalen Fahrbetriebs verhindert. Die Axialschlitze 78 ermöglichen bei der axialen Einstellung des Flansches 36 eine ungehin­ derte Axialbewegung des Stützrings 44 bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der drehschlüssigen Verbindung zum Trenn­ ring 54 und damit der Sicherung aller Teile innerhalb des Hohlraums 30 gegen Drehung mit der Welle 14.

Claims (6)

1. Stopfbuchse zur Abdichtung einer Wellendurchführung gegen Flüssigkeitsdurchtritt, mit einer aus einem oder mehreren Packungsringen bestehenden Packung, die mittels eines Druckgliedes innerhalb einer Stopfbuchsenbohrung axial eingespannt ist, welche einen größeren Durchmesser als die Packung aufweist und in dem dadurch geschaffenen er­ weiterten Bereich wenigstens eine hohle Ringmanschette aufnimmt, der ein Druckmittel zur Ausübung eines radialen Anpreßdruckes gegen die Packung zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Packungsringe (40) aus elasti­ schem Material mit guter Gleiteigenschaft bestehen und in der Stopfbuchsenbohrung (30) zwischen starren Stützringen (42, 44, 46) mit kegeligen Stirnflächen eingespannt sind, welche die Endflächen der Packungsringe (40) hohlkegelig verformen, und daß die Stützringe (42, 44, 46) mit den Packungsringen (40) drehfest verbunden sind und wenig­ stens ein Stützring (44) gegen Drehung innerhalb der Stopfbuchsenbohrung (30) festgelegt ist.

2. Stopfbuchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur drehfesten Verbindung axial gerichtete Verbindungs­ stifte (74) dienen.

3. Stopfbuchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der eine Stützring (44) gegen Drehung innerhalb der Stopfbuchsenbohrung (30) durch mindestens einen Ver­ bindungsstift (76) festgelegt ist, der mit einem Teil in eine Radialbohrung eines starren Trennrings (54) zwischen zwei Ringmanschetten (52) eingesetzt ist und mit dem an­ deren Teil in eine Längsnut des Stützrings (44) axial verschieblich eingreift.

4. Stopfbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen der Ringmanschette (52) und der Packung (40) eine mit einem Längsschlitz versehene dünne hülsenförmige Bandage (48) aus wesentlich steiferem Material als die Ringmanschette (52) angeordnet ist.

5. Stopfbuchse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandage (48) mehrere axial aufeinanderfolgende Pac­ kungsringe (40) umschließt.

6. Stopfbuchse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen dem flüssigkeitsseitigen Ende der Stopfbuchsenbohrung (30) und dem daran anliegenden Stützring (42) wenigstens ein in eine Ringnut eingesetz­ ter Dichtring (72) angeordnet ist.