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In den Vergnügungs- bzw. Ausflugsbooten mit Innenbordmotor und Achslinie
sind, um den Eintritt von Wasser durch den Spalt zwischen der austretenden
Propellerantriebs- bzw. Schraubenwelle und der Öffnung in dem Schiffskörper zu
vermeiden, üblicherweise Stopfbuchsen vorgesehen, welche eine oder mehrere
ringförmige Umwicklungen aus aufgekohltem Strahlstein bzw. Asbest umfassen,
die in einem zu der Achse konzentrischen Körper enthalten sind und die gegen
die sich drehende Schiffsantriebswelle gepreßt sind.
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Um die Überhitzung aufgrund von Reibung der Umwicklung gegen die sich
drehende Propellerantriebswelle zu reduzieren und um eine Kühlung derselben zu
ermöglichen, ist ein bestimmter Wasserdurchtritt zwischen diesen zwei
Elementen erforderlich. Dieses Wasser, welches in das Innere des Schiffskörpers
eindringt, muß entfernt werden.
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Ein anderes Problem der Stopfbuchse manifestiert sich, wenn man die Fahrt
beendet hat: man ist gezwungen, die Umwicklung sehr fest festzuspannen, um
ein fortgesetztes Eindringen von Wasser zu vermeiden, welches während
verlängerten Stillstandszeiten das Boot mit den vorhersehbaren Konsequenzen mit
Wasser füllen würde.
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Ein anderes, sehr bedeutendes Problem ist der Verbrauch von Energie, welcher
durch die Reibung der Umwicklung gegen die Antriebswelle verursacht wird,
wobei die größeren Modelle ein Kühlsystem umfassen. Die so erzeugte Reibung
bewirkt eine Bremswirkung auf die Achse, welche viel der Motorleistung
absorbiert, mit der Folge eines bedeutend höheren Verbrauchs und eines
Geschwindig
keitsverlustes. In anderen Worten wäre dies wie ein Fahren eines Fahrzeuges mit
angezogener Handbremse.
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Darüberhinaus bewirkt die Reibung der Umwicklung auf der Antriebswelle einen
vorzeitigen Verschleiß der Achse bzw. Welle, welche nach einem bestimmten
Zeitraum ersetzt werden müßte.
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Es ist darüberhinaus die Tatsache nicht zu vergessen, daß die Festlegung der
Stopfbuchse eine perfekte Ausrichtung der Antriebswelle zwischen dem äußeren
Stützsitz bzw. Auflager des Propellers bzw. der Schiffsschraube, dem Motor und
der Stopfbuchse erfordert; dies umfaßt somit hohe Montagekosten.
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Darüberhinaus überträgt, da die Stopfbuchse starr in dem Schiffskörper montiert
ist, diese sämtliche anderen Vibrationen der Propellerantriebswelle auf den
Schiffskörper selbst.
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Für ein gutes Funktionieren ist die perfekte Ausrichtung der drei
Supportelemente der Antriebswelle, nämlich der Kopplung des Motors, der Stopfbuchse und der
Sitz der Schiffsschraube unabdingbar. Unter der Voraussetzung, daß es sich um
eine Struktur handelt, die nicht aus einem starren, einheitlichen Block bzw. Stück
besteht, der zur selben Zeit in einem einzigen Stück gefertigt wurde, ist die
perfekte Ausrichtung nahezu unmöglich, wodurch die Übertragungsachse
niemals unter optimaler Bedingung funktioniert und somit einen großen
Rotationswiderstand darstellt, welcher nicht nur durch die reibende Wirkung der
Umwicklung, sondern aufgrund eines Formsenkens bzw. einer Beanspruchung der
Übertragungswelle, hervorgerufen wird, wobei dies in der Unmöglichkeit einer
perfekten Ausrichtung resultiert.
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Eine andere normalerweise in bestimmten Schiffen verwendete
Dichtungsvorrichtung besteht aus einer Drehverbindung bzw.
-dichtung, welche aus einer sich mit der Welle drehenden Scheibe besteht, die
durch eine Feder gegen eine andere an dem Schiffskörper festgelegte, mit einem
Antifriktionsmaterial überzogene (Graphit usw.) Scheibe gepreßt wird.
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Das bedeutendste Problem liegt in der Tatsache, daß alle Typen von
Drehdichtungen bzw. -verbindungen mit gemeinsam an der Welle festgelegten Ringen,
wie beispielsweise jene, die durch die GB-A 2 251 273 beschrieben ist und
welche die Charakteristika gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 aufweist -
kein axiales Gleiten der Welle ermöglichen, wodurch es daher im Fall eines
kleinen bzw. banalen (und häufigen) Unfalles, wie dem Umwickeln eines losen
Stückes um die Schraube, welches die an dem Motor festgelegte
Schiffsantriebswelle nach hinten zieht, zum Brechen von einem oder mehreren Supporten
bzw. Lagern der letzteren kommen kann, was den gesamten Motor nach hinten
verlagert. Dies bewirkt einen Bruch der Drehverbindung mit der nachfolgenden
Öffnung einer bedeutenden Wasseröffnung und daher die Möglichkeit eines
Schiffbruches.
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Andere Probleme, welche eine derartige Drehverbindung aufweist, liegen in der
Tatsache, daß sich die Reibungsbahnen auch durch die Wirkung von
Natriumchloridkristallen abnützen, was Wassereintritte in das innere des Schiffskörpers,
sei es mit der Achse in Rotation oder wenn sie stillsteht, bewirkt.
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Ein allen Stopfbuchsen und Drehdichtungen gemeinsames Problem ist die
Tatsache, daß keine ohne Wasser funktionieren kann (beispielsweise in dem Fall von
hoher Geschwindigkeit, welches einen wasserleeren Raum vor der Schraube
bewirkt, oder in dem Fall einer Verstopfung der Wasser- bzw. Meereinlaßstelle
usw.), da sie sofort abgenutzt bzw. zerstört werden.
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Ein zweites gemeinsames Problem ist der je nach Typ mehr oder weniger
bedeutende Wasserdurchtritt, wobei die Stopfbuchse selbstverständlich Wasser
durchläßt, während die Drehdichtung nur dann dicht ist, wenn sie neu ist, sie
jedoch bei der kleinsten Abnützung des Reibungsweges Wasser entweder mit
der sich drehenden Achse oder bei deren Stillstand durchläßt.
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All diese Probleme und auch andere wurden durch die vorliegende Erfindung
gelöst, welche in der Folge mit Hilfe der beiliegenden Figuren beschrieben wird:
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Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch die Gesamtheit, welche eine aus dem Körper
eines Schiffes austretende Propellerantriebswelle zeigt. Auf dieser Welle ist im
Schnitt der Gegenstand der Erfindung gezeigt.
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Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Körper eines Schiffes, die Welle und die
Abdichtung.
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Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch die Gesamtheit der Dichtung.
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Fig. 4 ist die Vergrößerung eines Teils der Fig. 3.
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Fig. 5 ist ein Querschnitt der Fig. 4.
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Fig. 6 ist ein anderer Querschnitt der Fig. 4.
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Fig. 7 ist ein Längsschnitt einer Vorrichtung mit einem dazu beigefügten,
fakultativen Element.
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Die vorliegende Erfindung besteht aus einer vollkommen dichten Abdichtung in
zwei Stufen. Sie läßt keinen Tropfen Wasser durch, weder während sich die
Propellerantriebswelle dreht, noch während sie stillsteht. Die zwei Stufen bilden,
eine nach der anderen, zwei für das Wasser undurchdringbare Barrieren.
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Es handelt sich um eine zylindrische, frei auf die Propellerantriebswelle
aufgesetzte Hülle bzw. ein Gehäuse, welche(s) hermetisch die Öffnung des
Schiffskörpers mit Hilfe eines Stumpfes eines elastischen Rohres in Form eines auf dem
äußeren der Hülle bzw. Gehäuses selbst und der Öffnung dieses Körpers
festgelegten Faltenbalgs abschließt, während zum Inneren in Übereinstimmung mit der
Welle sie von vorne gesehen eine ringförmige Sperrkammer darstellt, die mit
Dichtungsmaterial gefüllt ist, welches aus unlöslichem, viskosem Fett besteht,
welches den Durchtritt von Wasser durch den Spalt Achse-Hülse verhindert,
ohne Reibungen oder mechanischen Verschleiß zu bewirken. Die zweite Stufe
besteht aus der Ölkammer, welche das Wellenstützlager aus Bronze umschließt.
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Fig. 1 ist ein Längsschnitt, in welchem ein normales Schiff schematisch
dargestellt ist, mit einer Propellerantriebswelle 2, welche durch den Körper durch
die Öffnung 3 hindurchtritt, die durch den Rohrstumpf 4, der mit dem Körper
verbunden ist, umgeben ist.
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Das Wellenstützlager aus Bronze 11 (welches in dem zylindrischen Gehäuse 9
enthalten ist), ist frei auf der Propellerantriebswelle 2 angebracht, wobei ihm
ermöglicht wird, sich sowohl frei zu drehen als auch in axialer Weise ohne
Widerstände aufgrund von Fehlern in der Ausrichtung zu gleiten, welche die
Reibung bewirken und erhöhen.
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Die Tatsache, daß die unter Wellenstützlagern aus Bronze realisierten
Kraftübertragungen sehr schwierig zu verwirklichen sind, ist sehr bekannt, da sie perfekt
ausgerichtete Abstützoberflächen benötigen, welche mit extremer Sorgfalt
bearbeitet sind, da selbst sehr kleine Fehler in der Ausrichtung bemerkenswerte
Rotationswiderstände bewirken. Aus diesem Grund ist bei Übertragungen,
welche nicht auf insbesondere starren und perfekt bearbeiteten Strukturen
durchgeführt werden, eine Verwendung von Wellenstützlagern aus Bronze nicht
möglich, sondern man verwendet üblicherweise sich selbst ausrichtende Lager.
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In dem Fall der vorliegenden Erfindung wurde, um das Wellenstützlager aus
Bronze einfach verwenden zu können, das Problem mit dem sich auf derselben
Achse selbst ausrichtenden Wellenstützlager mit einer geeigneten Toleranz -
nicht zu groß und nicht zu eng - ohne jede starre Fixierung gelöst, welche die
Rotation, wie in den Fällen, welche erläutert wurden, sehr schwierig machen
würde. Daher läßt das Wellenstützlager aus Bronze gemäß der vorliegenden
Erfindung die Welle, auf welcher es montiert ist, frei drehen, ohne irgendeinen
Widerstand, sei es bei der radialen oder bei der axialen Bewegung, auch
aufgrund des Schmiermittelsystemzwangskreislaufes, welcher in der Folge erläutert
werden wird, zu bewirken.
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Auf dem Wellenstützlager aus Bronze 11 ist unter Druck zwischen elastischen O-
Ringen 10 und 14 des zylindrischen Gehäuses 9 festgelegt. Auf diesem ist ein
Ende eines elastischen Rohrstumpfes in Form eines elastischen Blasebalges 5
festgelegt, während das andere Ende auf dem Rohrstumpf 4 festgelegt ist,
welches die Öffnung 3 des Schiffskörpers umgibt (durch welche die
Propellerantriebswelle austritt). Es ist somit das Wasser, welches durch die Öffnung in
dem Schiffskörper über die Welle eintritt, durch den Stumpf des elastischen
Rohres in Form eines Blasebalges und durch die Sperringkammer 16 des
zylindrischen Gehäuses 9 unterdrückt, welche mit Dichtungsmaterial, bestehend aus
einem unlöslichen, viskosen Fett, vollgefüllt sind.
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Das zylindrische Gehäuse 9 ist zu der Welle konzentrisch und weist in dem
vorderen Bereich eine Öffnung mit einem Durchmesser gerade über jenem der
Welle auf, welcher ausreichend ist, um nicht auf der Welle zu reiben. Nach der
Eingangsöffnung vergrößert sich der innere Durchmesser des Gehäuses, welches
derart die Ringkammer 16 zum Blockieren ausbildet, welche an ihrem Boden
durch den Haltering 18 begrenzt ist.
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Die Ringkammer 16 zum Blockieren ist durch das viskose Dichtungselement,
welches vorzugsweise aus unlöslichem Fett gebildet ist, welches, da es ein unter
jenem von Wasser liegendes, spezifisches Gewicht aufweist, konstant durch den
hydrostatischen Druck unter Druck gehalten wird, sodaß es so gegen die Wände
der Ringkammer 16 zum Blockieren gegen den Haltering 18 und gegen die Welle
2 verklemmt bleibt, wodurch derart jeder Durchtritt von Wasser ins Innere der
ringförmigen Sperrkammer verhindert wird.
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Das viskose Dicht- bzw. Versiegelungselement wird zu Beginn in die Sperr- bzw.
Blockierkammer durch den Staufferfetter 8, welcher das Fett in die gesamte
Kammer 16 einfüllt, indem die Luft durch den Auslaßschieber 17 entfernt wird,
eingebracht.
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Das zylindrische Gehäuse 9 besteht vorzugsweise aus einem thermisch
leitfähigen, gegen Korrosion beständigen Metall (beispielsweise Bronze oder
rostfreier Stahl). Das genannte Gehäuse wird in seinem Inneren durch das Bronze-
Wellenstützlager 11 aus Antifriktionsmaterial abgestützt, welches streng
konzen
trisch auf zwei elastischen Kautschukringen (O-Ringen) 10 und 14 gehalten ist.
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Das Bronze-Wellenstützlager 11, welches durch einen Zwangskreislauf von Öl
über die Welle geschmiert wird, führt und stützt das zylindrische Gehäuse 9,
indem es dieses immer konzentrisch und parallel zur Achse, auf welcher es
festgelegt ist, hält, welche Achse sich dank der Schmierung frei drehen kann,
welche durch das in dem Reservoir 24 enthaltene Öl 23 durch die
Zufuhrschläuche 31b, welche auf gerippten Ansatzstücken 13b festgelegt sind, die auf
dem zylindrischen Gehäuse 9 festgeschraubt sind, bereitgestellt wird.
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Zwischen dem Wellenstützlager 11 aus Bronze und dem zylindrischen Gehäuse
9 existiert die Ringkammer (welche durch den Unterschied der entsprechenden
Durchmesser bestimmt ist), die durch die Kautschukringe (O-Ringe) 10 und 14
umfaßt ist, welche sich mit Öl füllt, welches durch das Loch 12 des Bronze-
Wellenstützlagers 11 hindurchtritt, indem es den Ringkanal 30 füllt und indem es
daher ununterbrochen die Welle, das Bronze-Wellenstützlager 11 und die
elastischen Lippen der Halteringe mit asymmetrischen Lippen für die drehenden
Wellen 18 und 33, welche das Öl zwischen dem Wellenbereich und der
zylindrischen Manschette enthalten, schmiert und indem der Austritt von Öl vermieden
wird und es sich gleichzeitig selbst schmiert. Dann gelangt das Öl durch den
gerippten Ansatz 13 in den Rückführschlauch 31, um es in das Reservoir 24
zurückzuführen.
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Der fortgesetzte Zwangskreislauf des Öls mit dem darauffolgenden Austausch,
welcher für die optimale Schmierung in dem Abstützbereich und ein radiales und
axiales Gleiten des Bronze-Wellenstützlagers unvermeidbar ist, wird durch eine
eingebaute Ölpumpe erhalten.
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Die Kontinuität der Schmierung ist sehr wichtig und darf niemals, sei es am
Bronze-Wellenstützlager auf der Achse, sei es vor allem über die Rückhaltringe
mit asymmetrischen, elastischen Lippen für die drehenden Wellen, fehlen bzw.
versagen.
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Das Ölreservoir 24 ist auf einer Höhe über dem Wasserniveau angeordnet, sodaß
es einen höheren Druck auf das in der Kammer des Bronze-Wellenstützlagers 11
enthaltene Öl ausübt, um der Tendenz der Durchlässigkeit für das dichtende Fett
durch den unidirektionellen Haltering 18 entgegenzuwirken und diese zu
blockieren.
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Daher ist der unidirektionelle Haltering 18 in seinem Inneren durch das in ihm
selbst enthaltene Schmieröl geschmiert, während er an seinem Äußeren durch
das Dichtungsöl geschmiert wird. Auf diese Weise ist die Lebensdauer der
Klemmlippe extrem lang.
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Die Halteringe mit asymmetrischen Lippen für die drehenden Wellen mit einer aus
einem Elastomer bestehenden, elastischen Lippe sind unidirektionell. Daher
blockieren sie ein jegliches Austreten von Öl in einer Richtung, während sie ihm
den Durchtritt in der anderen Richtung ermöglichen.
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Es muß festgehalten werden, daß für ein gutes Funktionieren der Stau- bzw.
Halteringe mit asymmetrischen Lippen mit einer langen Lebensdauer eine
kontinuierliche Schmierung der elastischen Sperr- bzw. Klemmlippe unabdingbar ist.
Wenn die Schmierung mit Öl selbst für eine sehr geringe Zeit versagt, nützt sich
die Lippe in Kontakt mit Wasser (oder auch noch schlechter mit Trockenheit)
sehr schnell ab und stellt die Dichtheit nicht mehr sicher. Daher ist eine effiziente
und konstante Zwangsschmierung mit Öl nicht nur für das
Bronze-Wellenstützlager 11, sondern insbesondere auch für die Halteringe mit asymmetrischen,
unidirektionellen Lippen unabdingbar.
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Das Ölreservoir 24 ist in Anbetracht des Unterschiedes im spezifischen Gewicht
zwischen Öl und Wasser auf einer Höhe über dem äußeren Wasserniveau
angebracht. Auf diese Weise ist der Druck des äußeren Wassers auf das
Dichtungselement geringer als der Gegendruck des Öls, um ein Eindringen des
Dichtungselements in das Öl über den unidirektionellen Haltering 18 zu vermeiden, da
dies die Schmiermittelqualität des Öls verschlechtern könnte.
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Es gibt daher weder einen Ölverbrauch noch ein Austreten von Fett nach außen
in Übereinstimmung mit jeder ökologischen Forderung.
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Der Stumpf des elastischen Rohres in Form eines schlauchförmigen Blasebalges
5 besteht aus einem sehr dünnen Kautschuk oder aus einem anderen, gegenüber
Öl und Meerwasser resistenten Elastomer.
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Es ist wichtig, daß der Stumpf des elastischen Rohres bzw. Schlauches in Form
eines Blasebalges sehr elastisch ist, um den maximalen Auftrieb zu ermöglichen.
Dank diesem kann die vorliegende Abdichtung ohne jede Ausrichtung zwischen
der Linie der Achse und der Muffe, welche den Rumpf durchquert, festgelegt
werden. Die große Elastizität erlaubt ein gutes Funktionieren selbst auf einer
krummen Achse - die exzentrisch dreht - da die Elastizität des Stumpfes des
elastischen Rohres in Form eines Blasebalges 5 jede Unvollkommenheit, sei es
in der Ausrichtung, sei es in der Exzentrizität der Propellerantriebswelle
absorbiert.
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Um eine möglichst große Elastizität zu erhalten, ist es daher notwendig, daß der
Stumpf des elastischen Rohres in Form eines schlauchförmigen Blasebalges 5
sehr dünne Wände aufweist. Jedoch bietet in diesem Fall der Stumpf des
elastischen Rohres in Form eines Blasebalges keinerlei Garantie eines Widerstandes
gegenüber Verdrehen, wobei folglich irgendeine Erhöhung der Reibung des
Wellenstützlagers aus Bronze auf der Achse (beispielsweise aufgrund eines
äußeren Unfalles, welcher den Verlust von Öl und die Blockierung des Bronze-
Wellenstützlagers 11 bewirkt) das Reißen des dünnen Kautschuks des Stumpfes
des elastischen Rohres in Form eines Blasebalges bewirken könnte, was so einen
sehr bedeutenden und sehr gefährlichen Eintritt von Wasser bewirken würde.
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Um eine derartige - jedoch wenig wahrscheinliche - Möglichkeit auszuschalten,
zeigt Fig. 2 eine Querschnittsansicht der Antirotationsvorrichtung, welche
beispielhaft aus einem locker bzw. spannungslos auf dem gerillten Ansatz 20
festgelegtes Plättchen 39 besteht. An dem Plättchen 39 sind zwei Kabel 36
festgelegt, deren Enden an zwei an dem Schiffsrumpf festgelegten Spannseilen
festgelegt sind. Die Vergrößerung der Fig. 2, die von einem Kreis umgeben ist,
zeigt das Plättchen in Draufsicht mit einem zentralen Loch mit einem
Durchmesser, der geringfügig über jenem des gerippten Ansatzstückes 20 liegt, und
den Löchern an den Enden mit einem Durchmesser gleich jenem der Kabel 36.
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Indem man vorsichtig die zwei Kabel spannt, gelangt das gerippte Ansatzstück
20 in Anschlag an das Plättchen 39, wodurch man die Rotation der Gesamtheit
vermeidet und worauf man jede Drehbeanspruchung auf den Stumpf des
elastischen Rohres in Form eines Blasebalges eliminiert. Jener letztere - welcher nicht
gezwungen ist, irgendeine Belastung auszuüben, sondern nur zur Aufnahme von
Wasser dient - kann aus einem Material mit einer sehr geringen Dicke konstruiert
sein, was so die Elastizität und den maximalen Auftrieb des Systems sicherstellt.
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Eine andere Möglichkeit der Antirotationsvorrichtung - welche nicht
einschränkend ist - besteht aus dem Profil 38, welches an dem Rumpf festgelegt ist und
mit einem um den gerippten Ansatz 13, welcher das Endstück bildet,
aufgekeilten Loch.
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Eine letzte Sicherheitsvorrichtung gegen ein mögliches, jedoch wenig
wahrscheinliches Festfressen besteht darin, daß das Bronze-Wellenstütziager 11
einfach durch Druck an dem Gehäuse 9 über die "O-Ringe" 10 und 14 festgelegt
ist. Wenn daher bei einem unbeabsichtigten Unfall das Bronze-Wellenstützlager
sich festzufressen beginnt und dazu tendieren würde, sich gemeinsam mit der
Welle zu drehen, würde es sich auf den O-Ringen 10 und 14 drehen. Auf diese
Weise würde sich das Gehäuse 9 nicht drehen, da es durch das Antirotations-
System blockiert wäre, was so die Gesamtheit des Stumpfes des elastischen
Rohres in Form eines Blasebalges 5 erhalten würde, welches nicht zerreißen
würde, wodurch jede Möglichkeit eines Schiffbruches des Schiffes eliminiert
wäre.
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Indem angenommen wird, daß auf dem Meer jegliche Vorsichtsmaßnahme
niemals exzessiv ist, um jede Möglichkeit eines Unfalls zu vermeiden, kann man
in das Ölreservoir 24 einen Niveaufühler 21 (Fig. 1) einfügen, welcher im Fall
eines niedrigen Ölniveaus zuerst mit einem Läutton einschreitet und nachher den
Motor stoppt.
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Auf sehr leistungsfähigen Schiffen mit großen Wellen, welche mit sehr hohen
Geschwindigkeiten drehen, wurde festgestellt, daß ein Zwangskreislauf des Öls
unverzichtbar ist, da ohne jenen letzteren in der Nachbarschaft der elastomeren
Lippen der Halteringe mit asymmetrischen Lippen sich das Öl aufgrund sehr
hoher Temperaturen sehr schnell abbaut, wodurch das Öl seine Schmierfähigkeit
verliert, was wiederum ein vorzeitiges Altern des Elastomers mit einem
darauffolgenden Ölverlust neben einem schnellen Verschleiß der Welle bewirkt, wo
sich sehr tiefe Rillen in Übereinstimmung mit den Lippen der Halteringe
ausbilden.
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Man hat daher festgestellt, daß ein sehr effizienter Zwangsölkreislauf absolut
unverzichtbar ist.
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Aus diesem Grund wurde eine Ölpumpe, welche in dasselbe
Bronze-Wellenstützlager 11 inkorporiert ist, realisiert, welche nicht nur die Rotationsbewegung der
Achse, auf welcher sie montiert ist, verwendet, sondern welche auch die Achse
selbst als Basisorgan dieser sehr originellen Pumpe verwendet.
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Auf diese Weise erhält man - ohne getrennte, teurere und komplexe Ölpumpen -
den erforderlichen Zwangskreislauf, welcher immer proportional zu den
unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten der Welle und immer proportional zu den
verschiedenen Anforderungen der Schmierung und der Kühlung sind, welche als
Funktion der Rotationsgeschwindigkeit ansteigen.
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Fig. 3 zeigt das Ölreservoir 24, von welchem zwei Speiserohre bzw.
Zuführungsrohre 31b ausgehen, die auf den gerippten Ansatzstücken bzw. Fortsätzen 13
festgelegt sind. Diese gerippten Fortsätze sind an dem Gehäuse 9 festgeschraubt
und lassen das Öl, welches bei seinem Durchgang die Lippen der Halteringe mit
asymmetrischen, unidirektionellen Lippen aus Elastomer 18 und 33 schmiert,
eintreten. Das Öl setzt seinen Weg fort und tritt durch die Durchtritte bzw.
Tunnels 32 (siehe auch Fig. 5) des Bronze-Wellenstützlagers 11 hindurch, wo es
konstant die Achse, welche in dem Wellenstützlager aus Bronze dreht (siehe
auch Fig. 4 und 5), schmiert, indem es in den zwischen der Achse und dem
Wellenstützlager aus Bronze bestehenden Zwischenraum eintritt, indem es so
eine dünne Ölzwischenschicht, welche die zwei Metalle voneinander trennt,
ausbildet. Daher verhindert diese Zwischenschicht die Reibung der Metalle,
wodurch sie sie vor Verschleiß schützt.
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Im Zentrum dieses Bronze-Wellenstützlagers 11 gibt es eine zylindrische Kammer
34, welche in bezug auf die Achse 2 exzentrisch ist (siehe Fig. 6).
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Das Öl wird durch die Achse bei ihrer Rotation durch die Phänomene der
"Oberflächenspannung" und der "Anhaftung einer viskosen Flüssigkeit auf einem
Feststoff (der Achse)" mitgenommen und es wird in Richtung zur
Querschnittsverminderung der exzentrischen Kammer komprimiert. Ein kleiner Teil des Öls
fügt sich zwischen die Achse und den Bereich mit dem zu dieser nahezu gleichen
Durchmesser ein, indem es eine Zwischenschicht ausbildet, welche die
Schmierung garantiert und den direkten Kontakt zwischen den zwei Metallen verhindert,
wodurch es sie vor Verschleiß schützt. Demgegenüber sammelt sich das
Überschußöl, welchem ein Eindringen zwischen die Achse und die Bronze nicht
gelingt, in der Nachbarschaft der Einschnürung bzw. Verengung, was einen
Anstieg des Druckes bewirkt. An diesem Ort gibt es den Schlitz - vorzugsweise
tangential - (oder eine Austrittsöffnung) 29, welche den Austritt des Öls unter
Druck erlaubt, welches in die Kammer in Form einer zylindrischen Krone bzw.
Bahn 35 eintritt (die durch den Unterschied des Außendurchmessers des Bronze-
Wellenstützlagers 11 und des Innendurchmessers des zylindrischen Gehäuses 9
gebildet wird und welche seitlich durch die zwei elastischen O-Ringe 10 und 14
abgeschlossen ist). Das in die Kammer 35 gepreßte Öl gelangt bis zum Ausgang
durch den gerippten Ansatz 13, der mit dem Rohr 31 verbunden ist. Das unter
Druck ausgestoßene Öl gelangt über ein fakultatives Ölfilter 36 (Fig. 3), welches
es immer sauber und ohne Verunreinigungen hält. Danach gelangt das Öl durch
den Wärmetauscher 37 - welcher aus einer thermisch leitfähigen Metallschlange
gebildet ist - welche es abkühlt, indem es die Wärme an die Umgebungsluft
abgibt. Schließlich kehrt das gefilterte und abgekühlte Öl in den Vorratsbehälter
24 zurück. Der Wärmetauscher Öl-Luft wird im Fall von sehr hohen
Geschwindigkeitsbereichen angewandt, wo es unzureichend wäre, die Wärme durch das
einzige thermisch leitfähige Gehäuse 9 abzugeben.
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Dieses Ölpumpsystem ist sehr effizient, da man feststellen kann, daß das
Pumpen auch bei sehr langsamen Geschwindigkeiten stattfindet: selbst wenn man
die Achse mit der Hand dreht, erreicht man eine Zirkulation. Je schneller sich die
Achse dreht, desto größer ist natürlich die gepumpte Ölmenge. Wenn man einen
bedeutenderen Durchsatz zu erreichen wünscht, genügt es, die Pumpe
anzupassen, indem man die Größe derselben in dem Bronze-Wellenstützlager, wo
sie aufgenommen ist, erhöht.
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Dieses Pumpsystem besitzt mehrere Vorteile:
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Wirtschaftlichkeit: Eine geringe Mehrarbeit genügt in der Phase der Konstruktion
des Bronze-Wellenstützlagers, um die Pumpe herzustellen, ohne von gesonderten
Pumpen mit ebenfalls getrennten Antrieben Gebrauch machen zu müssen.
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Durchsatz und Druck sind immer als Funktion der Rotationsgeschwindigkeit der
Achse angepaßt, sodaß die Notwendigkeiten eines Schmierens, Kühlens und
Filtrierens relativ zu dem Rotationsbereich der Achse erhöht oder verringert
werden.
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Abwesenheit von Kraftübertragungen oder anderen gesonderten Motoren bzw.
Antrieben, um die Schmiermittelpumpe zu betätigen, da man dieselbe
Propellerantriebsachse verwendet, auf der sie montiert ist.
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Die perfekte Schmierung stellt ein gutes, kontinuierliches Funktionieren der
Pumpe und der gesamten Dichteinheit sicher, indem sie eine nahezu unendliche
Lebensdauer garantiert, da die konstante Präsenz der Ölschicht zwischen der
Achse und dem Bronze-Wellenstützlager keine Abnutzung der zwei erlaubt,
wodurch die Lebensdauer extrem lang ist. Dasselbe kann man über die
Halterin
ge mit asymmetrischen, unidirektionellen, elastischen Lippen aus Elastomer
sagen.
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Das Öl verändert sich nicht und behält immer seine Schmierfähigkeit, da es
kontinuierlich filtriert und niemals überhitzt wird. Als Folge arbeitet die Dichtung
immer in optimaler Form mit der Folge: absolute Abwesenheit des Durchtrittes
von Wasser in das Schiff durch die Dichtung.
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Es muß festgehalten werden, daß, wenn die Schiffe mit sehr erhöhten
Geschwindigkeiten fahren, ein Wasservakuum in Übereinstimmung mit dem Austritt
der Propellerantriebswelle aus dem Rumpf gebildet wird, wobei dies ein großes
Problem für die traditionellen Stopfbuchsen darstellt, wo die Schmierung und die
durch das Wasser bewirkte Kühlung zu fehlen beginnen. Demgegenüber hat man
in der vorliegenden Erfindung mit diesem System des Zwangskreislaufes und der
Abkühlung des Öls festgestellt, daß dieses Problem nicht existiert: die
Abdichtung kann selbst bei absoluter Abwesenheit von Wasser und sehr erhöhten
Geschwindigkeiten und während tausender Stunden ohne Unterbrechung perfekt
arbeiten.
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Fig. 7 zeigt das Beispiel der Anbringung der Dichtung auf einer gebrauchten
Welle eines alten Schiffes. Die Welle weist den Verschleiß 50 auf, der durch die
Reibung der Umwicklung einer traditionellen Stopfbuchse bewirkt wurde.
Dementsprechend wird ein Stumpf eines starren Rohres 51 mit einem Durchmesser
geringfügig über jenem der Welle montiert. Am Ende in Richtung nach außen ist
der Rohrstumpf konzentrisch zur Achse durch die Hülse 52 unterstützt. Am Ende
in Richtung nach innen ist der Rohrstumpf konzentrisch zur Achse durch die
Hülse 53, blockiert durch die Schraube 55, festgekeilt. Die Hülse wird auf der
Welle durch die Schraube 58 blockiert, sodaß sich der Rohrstumpf gemeinsam
mit der Achse dreht. Die O-Ringe 54 und 57 verhindern den Durchtritt von
Wasser, welches durch die Hülse 52 zwischen der Welle und dem Inneren des
Rohrstumpfes 51 eindringen könnte. Auf demselben Rohrstumpf, der
konzentrisch auf der Propellerantriebsachse festgelegt ist, kann man daher
normalerweise die Abdichtung, wie sie beschrieben wurde, festlegen.
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Auf diese Weise kann man gebrauchte bzw. abgenutzte, alte Wellen
wiederverwerten, ohne gezwungen zu sein, sie zu ersetzen.
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Kurz zusammengefaßt sind die durch diese Erfindung erhaltenen Ergebnisse
Folgende:
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- a) Vollständige Dichtheit aufgrund von zwei Stufen, welche zwei für Wasser
undurchdringbare Barrieren bilden, die eine nach der anderen angeordnet sind,
wobei die erste durch die Kammer mit durch den hydrostatischen Druck
verdichtetem Öl gebildet ist und die zweite durch die Ölkammer mit Gegendruck gebildet
ist, wo das Wellenstützlager aus Bronze gelagert ist.
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- b) Vollständige Dichtheit über die Zeit, da nach mehreren tausend
Betriebsstunden, wenn sich die Lippen der Halteringe abzunützen beginnen, sich
höchstens ein geringer Ölaustritt - wiedergewinnbar - ins Innere des Schiffes
verifizieren läßt, wohingegen niemals irgendein Wassereintritt stattfindet. Daher kann
man zu diesem Zeitpunkt das wiedergewonnene Öl hinzufügen und den
einfachen Ersatz der Halteringe mit elastischen Lippen vorsehen.
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- c) Extrem niedriger Reibungskoeffizient aufgrund
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- perfekter, kontinuierlicher Zwangsschmierung des Bronze-Wellenlagers
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- perfekter, kontinuierlicher Zwangsschmierung der Lippen der Halteringe
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- schwimmender Dichtung, die immer selbst-fluchtend mit der Achse ist, da
sie einfach auf der Welle angebracht ist und durch die
Antirotationseinrichtung frei von starren Fixierungen an ihrem Platz gehalten wird.
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- d) Dank des erhaltenen, extrem niedrigen Reibungskoeffizienten gibt es keinen
Bremseffekt und somit auch keine Motorleistungsverschwendung:
Benutzungsökonomie und größere Geschwindigkeit des Schiffes.
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- e) Einfaches, zuverlässiges, ökonomisches und nicht-verbrauchbares
Ölzwangskreislaufsystem.
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- f)
Schmierung und Kühlung werden ohne Wasser erhalten, was die vorliegende
Erfindung auf Schiffen mit großer Geschwindigkeit, wo sich ein Wasservakuum
ausbildet, unverzichtbar macht.
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- g) Dank des kontinuierlichen Zwangskreislauf-Schmiersystems, bei der
Konzeption der Montage ohne starre Fixierungen, welche Spannungen auf der Welle
bewirken, und dem extrem niedrigen Reibungskoeffizient unterliegt die Achse
keinem Verschleiß über die Zeit, welcher in der Ausbildung von tiefen Rillen
bestehen würde.
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Tatsächlich bewirkt die Möglichkeit der axialen Bewegung auf der Welle in
kontiniuerlicher Weise mit einer geringen Verlagerung äquivalent dem kleinen
Spiel des Loches 38 oder 39 auf dem Vorsprung 20 (Fig. 2) der
Antirotationsvorrichtung durch die unmerkbare Hin- und Herbewegung, die durch die Vibrationen
des Motors (der normalerweise auf elastischen Lagern aus vulkanisiertem
Kautschuk gelagert ist) bestimmt wird, daß die elastischen Lippen der Halteringe 18
und 33 immer auf einer konstant geschmierten Oberfläche ebenso wie das
Bronze-Wellenlager drehen. Dies trägt auch dazu bei, daß jede Ausbildung von
Rillen auf der Oberfläche der Achse vermieden wird.
-
- h) Das Konstruktionssystem, welches darauf abzielt, keinerlei Scheibe oder
Ring, welche(r) auf der Welle festgelegt ist, zu verwenden, um die Möglichkeit
eines Gleitens der Achse zu erlauben; kombiniert mit der Haltevorrichtung im Fall
einer abnormalen Verlagerung der Welle, beugt eventuellen Unfällen vor. (Die
drehbaren Dichtungen, welche sich auf dem Markt befanden, hatten keinen
großen Erfolg, da sie keine Garantie axialer Verlagerung der Welle geben.)
-
- i) Das Antirotationssystem, neben einer Sicherheit, welche möglichen Unfällen
vorbeugt, erlaubt den maximalen Auftrieb; somit erlaubt es die
Funktionsfähigkeit selbst auf verbogenen bzw. verschlissenen, schlecht ausgerichteten
Wellen, und selbst in dem Fall, daß sie nicht konzentrisch zum Austrittsloch aus
dem Rumpf sind.
-
- l)
Die Wahlmöglichkeit des starren Rohrstumpfes ermöglicht die Verwendung
auf gebrauchten und beschädigten Achsen.
-
- m) Die Tatsache des unter Druck auf dem Wellenstützlager aus Bronze mittels
zwei elastischen O-Ringen festgekeilten Gehäuses garantiert die maximale
Sicherheit selbst in dem seltenen Fall eines Unfalles von außen, welcher
beispielsweise im Abschneiden der Ölschläuche und dem Bewirken eines
Festfressens bzw. eines Verreibens des Bronze-Wellenlagers bestehen könnte. Selbst
in diesem seltenen Fall funktioniert die Abdichtung provisorisch bis zu ihrer
Reparatur weiter.