DE4135709C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdichtungsanordnung für rotierende Wellen, insbesondere eine Stevenrohrabdichtung für Schiffs­ schraubenwellen, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angege­ benen Merkmalen.

Eine Abdichtungsanordnung dieser Art ist durch die DE-PS 31 06 318 bekannt. In dieser Abdichtungsanordnung für rotierende Wellen wird ein Schmiermittel durch die Welle bzw. die Laufbuchse in inneren Ringräumen zwischen Dichtungsringen umgepumpt und durch Druckerhöhung in eine Kühleinrichtung geleitet. Als Kühleinrichtung dienen äußere Ringräume, die einen Halterungsring umgeben.

Bei weiteren Abdichtungsanordnungen dieser Art, wie sie z. B. durch die DE-08 22 39 570, 24 09 954, 35 35 855 und 38 18 890 bekannt­ geworden sind, erfolgt die Zirkulation des Kühlmediums durch ein Kanalsystem, das an die Welle und/oder das Tragsystem für die Dichtungsringe durchsetzende Kanäle angeschlossen und zu einem sich außerhalb der Dichtungsanordnung erstreckenden Kreislauf geschlossen ist. In den Kreislauf ist ein Förderorgan für die Aufrechterhaltung der Zirkulation und in aller Regel eine Kühlquelle oder ein mit einer solchen zusammenwirkender Wärmetauscher eingeschaltet, was naturgemäß einen erheblichen apparativen Aufwand erfordert. Eine weitere Schwierigkeit be­ steht darin, daß, da das Umwälzmedium zugleich die Kühlfunktion und die Schmierfunktion erfüllen muß, beide Funktionen nicht optimal erfüllbar sind, sondern ein Kompromiß in Kauf genommen werden muß. Ferner können bei Anordnung der Kanäle in der Welle bzw. Wellenbuchse durch die Rotation der Überströmöffnungen der Kanäle Druckstöße des Kühlmediums und damit Schwingungen auf­ treten, welche die Dichtungsringe, insbesondere wenn diese als Lippendichtungen ausgebildet sind, einer zusätzlichen Bean­ spruchung aussetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Schwierigkeiten und Mängel zu überwinden und demgemäß eine Ab­ dichtungsanordnung der eingangs genannten Art so weiterzuent­ wickeln, daß auf ein nach außen führendes Leitungssystem sowie auf Kühlquellen verzichtet werden kann, ferner eine Trennung von Kühlmedium und Schmiermedium vorgenommen werden kann und schädliche Schwingungen vermeidbar sind. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch die DE-OS 19 04 105 ist es zwar bekannt, daß zum Kühlen Wärmeleitrohre - auch "heat pipes" genannt - eingesetzt werden, die nach außen abgeschlossen sind und mit einem von außen wärmeaufnehmenden Abschnitt, in dem das Kühlmedium ver­ dampft (heiße Stelle) und einem nach außen wärmeabgebenden Ab­ schnitt, in dem der Dampf kondensiert (kalte Stelle), ausgestat­ tet sind, wobei das Zirkulieren des Kühlmediums innerhalb der Wärmeleitrohre zwischen der heißen und der kalten Stelle statt­ findet und für den Rücklauf des Kondensats Leitmittel in Form von Kapillaren vorgesehen sind, die sich über die innere Ober­ fläche und evtl. auch einen Teil des Innenraums der Wärmeleit­ rohre erstrecken, jedoch sind diese Wärmeleitrohre bisher nicht bei Wellen-Abdichtungsanordnungen zum Kühlen der Dich­ tungsringe angewendet worden, obwohl es der Fachwelt geläufig war, daß mit derartigen Wärmeleitrohren relativ große Wärme­ ströme bei geringen Temperaturdifferenzen transportiert werden können.

In der DE-OS 30 06 206 ist die Herstellung eines doppelwandigen Wärmeleitrohres zu ersehen, bei welchem das mit dem Kapillarsystem versehene Rohr ein Außenrohr bildet, und daß in dieses ein mit versetzt über den Rohrumfang und die Rohrlänge bzw. Teilrohrlänge angeordneten Ausnehmungen versehenes an der Innenwand des Außenrohres anliegendes Rohr eingesetzt ist. Durch diese erfindungsgemäße spezielle Anwendungsform wird über die Überwindung der genannten Mängel hinaus erreicht, daß eine Art autonome Steuerung des Kühlvorgangs stattfindet, weil der Kühleffekt dann einsetzt, wenn die Temperatur der Dichtungsringe durch Reibung so hoch ist, daß an der heißen Stelle der Verdamp­ fungsvorgang einsetzt, während bei Absinken der Temperatur der Ver­ dampfungsvorgang zum Erliegen kommt und damit die Kühlung aufhört.

Diese Steuerung kann auch als Sicherheitsvorgang aufgefaßt wer­ den, wenn z. B. in eisgehenden Gewässern eine übermäßige Kühlung der Dichtungsringe zu einer diese schädigenden Eisbildung führen könnte.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstandes des Anspruchs 1 gekennzeichnet. So ist nach dem An­ spruch 2 vorgesehen, als Kühlmedium Wasser, Alkohole oder andere Flüssigkeiten mit ähnlicher Siedetemperatur einzusetzen, wobei solche mit guter Wärmeleitfähigkeit bevorzugt werden. Gemäß den Ansprüchen 3 bzw. 4 sind die Kanäle für die Wärmeleit­ rohre nur innerhalb der Welle oder der Wellenbuchse bzw. nur in­ nerhalb des Tragsystems für die Dichtungsringe angeordnet, wobei die erstere Ausführung bevorzugt wird, weil sie das Heranführen der Wärmeleitrohre möglichst nahe an die Stellen der größten Reibungs- und Wärmeentwicklung, nämlich die Berührungsstellen der Dichtungsringe mit der Welle, ermöglicht.

Der Anspruch 5 vermittelt bei Abdichtungsanordnungen mit einer Wellenbuchse eine relativ einfache Lösung zur Einbringung der Wärmeleitrohre in die Wandung der Wellenbuchse.

In den Ansprüchen 6-8 sind Lösungen vorgeschlagen, die der bei bestimmten Voraussetzungen auftretenden Forderung, nicht sämtliche Dichtungsringe, sondern nur einen bestimmten Teil derselben zu kühlen und den anderen Teil ungekühlt zu belassen, genügen.

Nach den Ansprüchen 9 und 10 wird die Kapillarstruktur dahin­ gehend verbessert, daß ein Lösen oder Verformen der Kapillar­ substanz auch nach längerem Betrieb vermieden ist.

Im Zusammenhang mit Anspruch 10 wird noch auf die DE-OS 19 04 105 verwiesen, bei der bereits eine Einrichtung gezeigt ist, die stirnseitig beheizbar ist und die Stirnwand mit spiralig, konzentrisch oder parallel verlaufenden Nuten versehen ist, die von weiteren quer dazu verlaufenden Nuten durchdrungen sind und in die Kapillarstege eingreifen.

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung anhand von 7 Figuren schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Abdichtungsanordnung an einer mit einer Wellenbuchse versehenen Schiffs-Propellerwelle mit in der Wellenbuchse angeordneten Wärmeleitrohren im Längsschnitt,

Fig. 2 eine bzgl. der kalten Stelle nach Fig. 1 modifizierte Ausführungsform,

Fig. 3 ein Teilstück eines Querschnitts durch die Wellenbuchse nach Fig. 1,

Fig. 4 bzw. 5 einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt durch die Wellenbuchse einer gegenüber den Fig. 1-3 modifi­ zierten Ausführungsform,

Fig. 6 und 7 Abdichtungsanordnungen mit gegenüber der Fig. 2 ver­ mindertem Einwirkungsbereich der heißen Stelle Seewasser ausgesetzt sind.

In sämtlichen Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugs­ zeichen versehen.

Mit 1 ist eine Schiffspropellerwelle bezeichnet, auf die eine Wellenbuchse 2 aufgezogen ist, die über einen Flansch 2a mit dem Propeller (nicht dargestellt) drehfest verbunden ist und die einerends in das Außenwasser W und anderenends in den Schmier­ ölraum S des Wellenlagers (nicht dargestellt) hineinragt. An der Wellenbuchse 2 liegen vier als Lippendichtungen ausge­ bildete Dichtungsringe 8a-8d an, die im Abstand nebeneinander angeordnet sind, derart, daß zwei Dichtungsringe 8c, 8d dem ab­ zudichtenden Außenmedium W und zwei Dichtungsringe 8a, 8b dem Schmierölraum S zugeordnet und zugewandt sind.

Die Dichtungsringe 8a-8d sind von einem Tragsystem, bestehend aus fünf Ringteilen 3, 4, 5, 6, 7 getragen, die in axialer Rich­ tung nebeneinander angeordnet sind, wobei das dem Schmierölraum S benachbarte Ringteil 3 an der Stevennuß N befestigt ist und somit die gesamte Abdichtungsanordnung trägt.

In die Wandung der Wellenbuchse 2 ist eine Vielzahl von Bohrun­ gen 9 eingebracht, die mit ihren Längsachsen parallel zur Längs­ achse der Wellenbuchse 2 verlaufen, wobei ihr Durchmesser etwa halb so groß ist wie die Wandstärke der Wellenbuchse. In diese Bohrungen ist jeweils ein Wärmeleitrohr 10 - auch "heat pipe" genannt - bündig eingesetzt. Derartige Wärmeleitrohre bestehen aus wärmeleitendem Material, sind an beiden Stirnenden verschlos­ sen und bilden somit eine Kammer. In dieser Kammer ist ein Ka­ pillarkörper 11 angeordnet, der entweder die gesamte Innenwan­ dung des Rohrs oder diese nur entlang einer Mantellinie berührt. Der Kapillarkörper 11 hat ebenfalls rohrfömige Gestalt und ist im allgemeinen aus einem Drahtnetz gefertigt, das mit einem flüs­ sigen verdampfbaren Medium, im vorliegenden Fall Wasser, gesättigt ist. Wird nun die Kammerwand im Bereich ihres einen Endes im vor­ liegenden Fall im Bereich der Dichtungsringe 8a-8d bis zur Sie­ detemperatur des Mediums erhitzt, so verdampft an dieser Stelle das Medium aus dem Kapillarkörper 11 heraus, was durch die Pfeilpaare angedeutet ist. Der Dampf strömt dann zu den nicht erhitzten bzw. gekühlten Kammerwänden, im vorliegenden Fall zu den vom Außenwas­ ser unmittelbar oder mittelbar beaufschlagten Endbereichen 10′′ des Wärmeleitrohres 10 und kondensiert dort unter Abgabe seiner Verdampfungswärme.

Der Rücktransport des Kondensats zum Verdampfungsteil 10′ er­ folgt innerhalb des Kapillarkörpers 11 aufgrund der Kapillar­ kräfte. Die Länge der Wärmeleitrohre 10 ist im vorliegenden Fall so gewählt, daß sie mit ihrem erhitzten Teil 10′ (heiße Stelle) ein Stück über den innersten Dichtungsring 8a hinaus­ ragen und mit ihrem gekühlten Teil 10′′ (kalte Stelle) bis in den Bereich des vom Außenwasser W umspülten Teils der Wellen­ buchse 2 reichen.

In der Fig. 2 ist die Anordnung nach Fig. 1 dahingehend modi­ fiziert, daß die kalte Stelle 10′′ der Wärmeleitrohre 10 aus der Wandung der Wellenbuchse 2 herausgeführt und damit unmit­ telbar von dem Außenwasser W bespült ist, wodurch der Wärme­ austausch mit dem Außenwasser W intensiviert ist.

Aus der Fig. 3, in der lediglich ein Teil der Wandung der Wel­ lenbuchse 2 im Querschnitt dargestellt ist, geht hervor, daß die Bohrungen 9 für die Wärmeleitrohre 10 mit Abstand über die Wandung der Wellenbuchse 2 verteilt angeordnet werden können, wobei dieser Abstand je nach den abzuführenden Wärmemengen und der zu erwartenden Temperatur des Außenwassers W entsprechend vorbestimmbar ist. Zu vergleichen ist hierzu auch Fig. 5, nach der die Abstände bis zur bündigen Anlage reduziert sind.

Nach den Fig. 4 und 5 ist die Wellenbuchse 2 in zwei hülsenför­ mige Teile 2′ und 2′′ eingearbeitet. Die Abdichtung der hülsen­ förmigen Teile 2′, 2′′ gegeneinander erfolgt durch je einen Dichtring 12′, 12′′ am vorderen und hinteren Ende der hülsenför­ migen Teile 2′, 2′′. Als Verdrehsicherung sind hierbei Maden­ schrauben 13 oder dergl. vorgesehen.

Gemäß den Fig. 6 bzw. 7 ist die Anordnung nach den Fig. 1 und 2 dahingehend abgewandelt, daß jeweils nur die dem Außenwasser W zugewandten Dichtungsringe 8c, 8d bzw. die dem Schmierölraum S zugewandten Dichtungsringe 8a, 8b in das Kühlsystem einbezogen sind. Dies erfolgt auf einfache Weise dadurch, daß die Wärmeleit­ rohre 10 so kurz bemessen sind, daß ihre heiße Stelle 10′ ledig­ lich bis in den Bereich der dem Außenwasser W zugewandten Dich­ tungsringe 8c, 8d reicht (Fig. 6) bzw. daß bei voller Länge der Wärmeleitrohre 10 ihre Außenwandung im Bereich der dem Außen­ wasser W zugewandten Dichtungsringe 8c, 8d wärmeisolierend ausgeführt oder mit einer wärmeisolierenden Schicht 14 umgeben ist.

Claims (10)

1. Abdichtungsanordnung für rotierende Wellen, insbesondere Stevenrohrabdichtung für Schiffsschraubenwellen mit oder ohne Wellenbuchse, die an ein flüssiges relativ kaltes Medium, vor­ zugsweise Seewasser, und ein relativ warmes Medium, vorzugs­ weise Schmieröl, angrenzt, bei der ferner zwei oder mehr von einem ortsfesten Tragsystem gehalterte Dichtungsringe vorhanden sind, die als Lippendichtungen und/oder Gleitringdichtungen ausgebildet sind, und die mit einer Einrichtung zum Kühlen der Dichtungsringe ausgestattet ist, welche die Welle und/oder das Tragsystem durchsetzende Kanäle für ein in einem geschlossenen Kreislauf zirkulierendes flüssiges Kühlmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (9) jeweils als Wärmeleitrohr (10) ausgebildet sind oder die Aufnahme für ein separates Wärmeleit­ rohr (10) bilden, wobei jedes Wärmeleitrohr nach außen abge­ schlossen ist und mit einem von außen Wärme aufnehmenden Ab­ schnitt (10′), in dem das Kühlmedium verdampft - heiße Stelle -, und einem nach außen Wärme abgebenden Abschnitt (10′′), in dem der Dampf kondensiert - kalte Stelle -, ausgestattet ist, wobei das Zirkulieren des Kühlmediums innerhalb des Wärmeleitrohres (10) zwischen der heißen Stelle (10′) und der kalten Stelle (10′′) stattfindet und für den Rücklauf des Kondensats Leitmit­ tel in Form von Kapillaren (11) vorgesehen sind, die sich über die innere Oberfläche und gegebenenfalls auch über einen Teil des Innenraums des Wärmeleitrohres (10) erstrecken, und die Ab­ messungen und die Lage des Wärmeleitrohres so gewählt sind, daß seine heiße Stelle (10′) im Bereich der Dichtungsringe (8a, 8b, 8c, 8d) und seine kalte Stelle (10′′) im Bereich des kalten Mediums liegen, und wobei das Kühlmedium so gewählt ist, daß sein Siedepunkt bei dem im Wärmeleitrohr herrschenden Druck um einen geringen Betrag niedriger ist, als die für die Dichtungs­ ringe (8a, 8b, 8c, 8d) noch zulässige Erhitzungstemperatur.

2. Abdichtungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das Kühlmedium Wasser, Alkohole oder andere Flüssigkei­ ten mit ähnlicher Siedetemperatur einsetzbar sind.

3. Abdichtungsanordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitrohre (10) ausschließlich im Bereich des Tragsystems (3, 4, 5, 6, 7) für die Dichtungsringe (8a-8d) angeordnet sind.

4. Abdichtungsanordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Welle (1) mit Wellenbuchse (2, 2′) die Wärmeleitrohre (10) ausschließlich in der Wandung der Wellenbuchse (2) angeordnet sind.

5. Abdichtungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wellenbuchse (2, 2a) in zwei hülsenförmige Teile (2′, 2′′) längsgeteilt ist, wobei die Kanäle (9) für die Wär­ meleitrohre (10) im Bereich der Trennfuge der beiden Teile (2′, 2′′) angeordnet sind.

6. Abdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Abdichtungen mit mehre­ ren axial nebeneinander angeordneten Dichtungsringen (8a-8d), von denen ein Teil (8a, 8b) dem warmen Medium (S) und ein Teil (8c, 8d) dem kalten Medium (W) zugewandt sind, die Länge und die Lage der Wärmeleitrohre (10) in axialer Richtung gegenüber den Dichtungsringen so gewählt sind, daß der Kühleffekt nur ei­ nigen dieser Dichtungsringe zugute kommt.

7. Abdichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wärmeleitrohre (10) mit ihrer "heißen Stelle" (10′) nur bis in den Bereich der dem kalten Medium (W) zugewandten Dichtungsringe (8c, 8d) erstrecken (Fig. 6).

8. Abdichtungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wärmeleitrohre (10) mit ihrer "heißen Stelle" (10′) zwar bis in den Bereich der dem warmen Medium (S) zugewandten Dichtungsringe (8a, 8b) erstrecken, jedoch die Wandung der Wär­ meleitrohre (10) in dem Bereich der dem kalten Medium (W) zugewandten Dichtungsringe (8c-8d) wärmeisolierend (14) aus­ gebildet ist (Fig. 7).

9. Abdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kapillaren (11) durch mindestens eine längs der Innenwand des Wärmeleitrohres (10) verlaufende Drahtwedel gebildet sind.

10. Abdichtungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kapillaren (11) durch in der In­ nenwand des Wärmeleitrohres (10) eingebrachte parallele, vor­ zugsweise schraubenlinienförmig verlaufende Rillen gebildet sind.