SE527765C2 - Stödring och axelgenomföring - Google Patents

Description

25 30 35 527 765 Ni Den kända bälgfjädern förmår emellertid inte att hantera even- tuella radiella axelrörelser på ett tillfredställande sätt. Axeln hos drivlinan i ett fartyg utsätts naturligtvis för radiella krafter i många olika driftsfall och kan som ett resultat därav komma att förskjutas mer eller mindre i radiell led. Exempelvis, om fartygs- skrovet är utformat i ett material med relativt låg vridstyvhet, så- som glasfiber, kan själva skrovet temporärt deformeras i viss mån i samband med acceleration, retardation eller sjögång.

Detta kan i sin tur leda till att drivlinans axelgenomföringar för- skjuts radiellt i förhållande till den eller de transmissionsaxlar som ingår i drivlinan, vilket kan få konsekvensen att axeltät- ningarna läcker in vatten.

En teoretiskt möjlig lösning för att minimera denna typ av oöns- kade effekter vore att låta en stödring för det väsentligen stilla- stående tätningselementet anligga hårt mot detta element samt vara förhållandevis stum, så att endast mycket små radiella axelrörelser medgavs vid axeltätningen. Detta skulle dock resul- tera i kraftiga vibrationer i fartygsskrovet (eller annat objekt i vilket axeln är infäst) och dessutom orsaka stora materiella på- frestningar i form av skjuv- och vridkrafter på berörda konstruk- tionselement.

Om istället stödringen bestod av ett relativt flexibelt material (exempelvis gummi eller plast) skulle dessa vibrationer och ma- terialpåfrestningar kunna reduceras väsentligt. Den erforderliga anliggningen mellan stödringen och tätningselementet skulle dock förhindra ett vattenflöde förbi axeltätningen. Dessutom skulle en flexibel stödring av den här typen komplicera de axel- rörelser som medges genom ovannämnda bälgformade fjäder- element, eftersom det väsentligen stillastående tätningsele- mentet (det vill säga det icke-roterande elementet) då riskerar att fastna till följd av s.k. byrålådseffekter (”slip-stick move- ments”). Om axeln förskjuts såväl i axiell som i radiell led, exempelvis på grund av en smärre böjning av axeln, kan näm- ligen tätningselementet komma att kilas fast mot stödringen likt en byrålåda i en byrå. 10 15 20 25 30 527 765 O) SAMMANFATTN|NG AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är därför att mildra ovan- stående problem och skapa en lösning, vilken förmår att hantera smärre radiella axelrörelser i förhållande till en axelgenomföring utan att en anslutande axeltätning försämras eller att kraftiga vibrationer uppstår samtidigt som ett rikligt vätskeflöde medges förbi axeltätningen.

Detta syfte uppnås enligt en aspekt av uppfinningen genom den inledningsvis beskrivna stödringen, vilken kännetecknas av att den inre begränsningsytan är utformad så att stödringens inner- diameter längs denna yta varierar mellan en maximal öppnings- dimension och en minimal öppningsdimension.

En viktig fördel med denna konstruktion är att den varierande öppningsdimensionen å ena sidan stabiliserar tätningselementet och å andra sidan undviker byrâlådseffekter. Detta är möjligt eftersom tätningselementet kan bringas att ligga an mot de punkter av stödringen där öppningsdimensionen är minimal sam- tidigt som det axelomslutande elementet kan vinklas i förhål- lande till stödringen längs de ytsegment där öppningsdimen- sionen är större än den minimala. Naturligtvis kan även vätska passera förbi stödringen genom de spalter som bildas mellan varje anliggningspunkt (det vill säga längs de ytsegment där öppningsdimensionen inte är minimal).

Enligt en föredragen utföringsform av den här aspekten av upp- finningen är den inre begränsningsytan vågformig, så att den maximala öppningsdimensionen motsvaras av en vågdal och den minimala öppningsdimensionen motsvaras av en vågtopp.

För godtycklig vågform möjliggör nämligen denna utformning av den inre begränsningsytan en adekvat avvägning mellan stabi- litet hos axeltätningen och ett önskat vätskeflöde förbi densam- ma.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av den här aspek- ten av uppfinningen innefattar den inre begränsningsytan ett 10 15 20 25 30 527 765 udda antal vågtoppar, dock minst tre. Därmed minskar ytterli- gare risken för byrålådseffekter, eftersom diametralt motstående anliggningspunkter mellan det axelomslutande elementet och stödringen på så vis undviks.

Enligt ännu en föredragen utföringsform av den här aspekten av uppfinningen, består stödringen huvudsakligen av ett elastiskt material, såsom en elastomer. Detta materialval ger stödringen goda dämpnings- och hållfasthetsegenskaper.

Syftet uppnås enligt en annan aspekt av uppfinningen genom den inledningsvis beskrivna axelgenomföringen, vilken känne- tecknas av att axelhuset innefattar den föreslagna stödringen och att denna är monterad i axelhuset, så att ringens inre be- gränsningsyta angränsar med en spalt mot det axelomslutande elementets ringformiga yttre begränsningsyta. Detta är fördel- aktigt, eftersom tätningselementet därmed stabiliseras utan risk för byrålådseffekter mellan det axelomslutande elementet och stödringen. Dessutom medges ett vätskeflöde förbi stödringen.

Enligt en föredragen utföringsform av den här aspekten av upp- finningen är spalten anpassad att medge ett bestämt flöde av det flytande mediet förbi stödringen. Spaltens totala tvärsnitts- area har således en viss storlek.

Enligt ännu en föredragen utföringsform av den här aspekten av uppfinningen åstadkoms spalten genom att stödringens inre be- gränsningsyta är vågformig. En maximal spalt mellan den inre begränsningsytan och det axelomslutande elementets ringfor- miga yttre begränsningsyta ges härigenom av en vågdal, medan en minimal spalt ges av en vågtopp. En sådan konstruktion är fördelaktig, eftersom vågformen kan anpassas till den specifika tillämpningens krav på stabilitet och dämpning samtidigt som ett önskat vätskeflöde förbi stödringen medges. Speciellt kan stöd- ringen vara utformad så ett huvudsakligt spaltutrymme bildas mellan det axelomslutande elementets ringformiga yttre be- gränsningsyta och ett ytsegment mellan två angränsande våg- 10 15 20 25 30 527 765 OI toppar hos stödringens inre begränsningsyta. Därtill är vågfor- men anpassad så att en sammanlagd tvärsnittsarea av det hu- vudsakliga spaltutrymmet mellan stödringens samtliga vågtoppar medger ovannämnda bestämda vätskeflöde.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av den här as- pekten av uppfinningen är vågformen anpassad med hänsyn till ett huvudsakligt rotationsfrekvensintervalI hos axeln, så att radiella svängningar hos det axelomslutande elementet dämpas på ett optimalt sätt. Detta medför givetvis en förbättrad reduk- tion av vibrationerna för en given tillämpning, där axeln främst bringas att rotera inom nämnda intervall.

Enligt ännu en föredragen utföringsform av den hår aspekten av uppfinningen, innefattar axelgenomföringen ett icke-roterande fjäderelement, vilket i princip är stillastående i förhållande till axelhuset. Fjäderelementet är anpassat att pressa en första tät- ningsyta hos en väsentligen stationär del av axeltätningen mot en andra tätningsyta hos en roterande del av axeltätningen, som är ansluten till axeln. Därmed medges även axiella förskjut- ningar av axeln utan att axeltätningens kvalitet äventyras. Fjä- derelement har lämpligen en bälgformad profil vilken är anpas- sad att omsluta axeln, eftersom denna konstruktion på ett effek- tivt sätt säkerställer tätheten mot själva axeln.

Utöver vad som nämnts ovan förbättrar den föreslagna lös- ningen dessutom stabiliteten hos axeltätningen genom att en relativt stor mängd vätska ständigt kan hållas inkapslad i ett ut-i rymme där fjäderelementet är placerat på ett sådant sätt att vätskan omger fjäderelementet och genom sin tröghet åstad- kommer en stabiliserande effekt. Detta är i sin tur möjligt, eftersom vätskeflödet förbi den föreslagna stödringen kan bestämmas med förhållandevis stor noggrannhet.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nu att förklaras närmare med hänvisning 10 15 20 25 30 527 765 a) till föredragna utföringsformer, vilka beskrivs som exempel, och med referens till de bifogade ritningarna.

Figur1 visar en axelgenomföring enligt en utföringsform av uppfinningen, och Figur 2 illustrerar ett exempel på en föreslagen stödring.

DETALJERAD BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGS- FORMER AV UPPFINNINGEN En axelgenomföring enligt en utföringsform av uppfinningen visas i figur 1. Axelgenomföringen innefattar ett axelhus 100 och en axeltätning. Axeltätningen inkluderar i sin tur åtminstone ett axelomslutande element 130 med en ringformig yttre begräns- ningsyta 130b. Därtill inkluderar axeltätningen med fördel en vä- sentligen stationär del 120 och en roterande del 125, vilka pres- sas hårt mot varandra. Alternativt kan emellertid den stationära delen 120 och det axelomslutande elementet 130 vara inte- grerade till en enhet.

Axeltätningen är i alla händelser anpassad att förhindra ett flytande medium befintligt i ett första utrymme 140a i anslutning till en roterande axel 190 på en första sida av axeltätningen från att nå ett torrt utrymme 150 på en andra sida av axeltätningen.

En stödring 110 är monterad i axelhuset 100, så att en inre begränsningsyta 110b hos ringen 110 angränsar med en spalt mot det axelomslutande elementets 130 ringformiga yttre be- gränsningsyta 130b. Denna spalt medger passage av det fly- tande mediet från ett andra utrymme 140b förbi det axelomslu- tande elementet 130 till det första utrymmet 140a.

Figur 2 visar en planvy över stödringen 110 längs tvärsnittet B-B i figur 1. Det axelomslutande elementets 130 ringformiga yttre begränsningsyta 130b illustreras här schematiskt medelst en streckad linje. Enligt vad som framgår av figuren 2 varierar spal- ten mellan stödringens 110 inre begränsningsyta 110b och det 10 15 20 25 30 35 527 765 axelomslutande elementets 130 ringformiga yttre begräns- ningsyta 130b mellan ett maximalt värde 225a och ett minimalt värde 225b, vilket kan motsvara spaltbredden noll. Spalten är företrädesvis anpassad att medge ett bestämt flöde av det fly- tande mediet förbi stödringen 110. Därmed kan nämligen en bestämd ursköljningstakt för det andra utrymmet 140b garan- teras, så att utrymmet hålls rent från avlagringar, bilogiska orga- nismer etc. Utrymmet 140b förses med fördel med flytande me- dium, såsom vatten, från en motors kylsystem. Typiskt sett tillförs sålunda kylvatten från den motor (eller de motorer) som driver axeln 190 via en passage 160 in i utrymmet 140b. Vät- skeflödet till utrymmet 140b blir därmed i stort sett proportionellt mot varvtalet hos den aktuella motorn (motorerna). Dà detta varvtal ofta varierar kraftigt från att vara nära noll, vid tomgång, till att anta relativt höga värden, exempelvis vid kraftiga acce- lerationer, blir vätskeinflödet till utrymmet 140b under stundom mycket ojämnt. Därför är det önskvärt att kunna lagra en viss mängd vätska i utrymmet 140b att tjäna som en buffert för sådana flödesvariationer. Samtidigt måste ett visst minimiflöde förbi stödringen 110 garanteras för att kunna tolerera en längre period av högt motorvarvtal, utan att ett oacceptabelt högt tryck byggs upp i utrymmet 140b.

Enligt uppfinningen är stödringens 110 inre begränsningsyta 110b med fördel vågformig, exempelvis enligt den typ av kurva- tur som illustreras i figur 2, det vill säga med relativt mjuka över- gångar mellan en maximal öppningsdimension Dma, och en mini- mal öppningsdimension Dm hos den öppning som bildas av stödringens 110 inre begränsningsyta 110b. I exempelvis marina tillämpningar är detta gynnsamt med hänsyn till hydrodynamiska effekter, såsom vlrvelbildning. Enligt uppfinningen är emellertid godtyckliga alternativa vågformer också tänkbara, såsom såg- tandsformer eller stegformer med ett eller flera distinkta steg mellan en större och en mindre innerdiameter längs den yta som utgör stödringens 110 inre begränsningsyta 110b. Enligt en före- dragen utföringsform av uppfinningen är vågformen även anpas- 10 15 20 25 30 527 765 sad för att dämpa radiella svängningar hos det axelomslutande elementet 130 med hänsyn till ett huvudsakligt rotationsfrek- vensintervall hos axeln 190. Oavsett specifik vågform ges härvid den maximala spalten 225a mellan den inre begränsningsytan 110b och det axelomslutande elementets ringformiga yttre be- gränsningsyta 130b av en vågdal 210, och en minimal spalt 225b mellan den inre begränsningsytan 110b och det axelomslu- tande elementets ringformiga yttre begränsningsyta 130b ges av en vågtopp 220a respektive 220b.

Dessutom väljs lämpligen materialet hos stödringen 110 så att dess fjäderkonstant och dämpning är optimerad till ett primärt frekvensintervall hos axeln 190. Stödringen 110 består med för- del huvudsakligen av ett elastiskt material. Företrädesvis inne- fattar stödringen 110 därvid en elastomer, såsom gummi i form av exempelvis polyisopren (eller naturgummi), polybutadin poly- isobutylen och polyuretan, eller plast i form av exempelvis poly- etylen, polypropylen, polystyren, polyester, polykarbonat, polyvi- nylklorid (PVC), polytetrafluoretylen (PFTE) och polymetyl- metakryl.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är stödringen 110 utformad så att ett huvudsakligt spaltutrymme A bildas mellan ytan 130b och ett ytsegment mellan två angränsande vågtoppar 220a respektive 220b hos ytan 110b. Därjämte är vågformen är anpassad så att en sammanlagd tvärsnittsarea av det huvudsakliga spaltutrymmet A mellan stödringens 110 samt- liga vågtoppar medger nämnda bestämda flöde. I det i figur 2 illustrerade exemplet är alltså denna sammanlagda tvärsnitts- area 11A, eftersom stödringen 110 har 11 vågtoppar (och där- med även 11 vågdalar). Antalet vågtoppar är en optimeringspa- rameter vilken bland annat beror av dimensionen hos axeln 190 och viskositeten hos det flytande mediet. l alla händelser har den inre begränsningsytan 110b lämpligen ett udda antal våg- toppar, där antalet är åtminstone tre. 10 527 765 (E) Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar axelgenomföringen även ett icke-roterande fjäderelement 170 (se figur 1), vilket i princip är stillastående i förhållande till axel- huset 100. Fjäderelement 170 är anpassat att pressa en första tätningsyta hos den väsentligen stationära delen 120 av axel- tätningen mot en andra tätningsyta hos den roterande delen 125 av axeltätningen. Fjäderelement 170 har en bälgformad profil, som omsluter axeln 190 på ett tättslutande sätt. Därmed hindras nämligen det vätskeformiga mediet i utrymmet 140b från att nå det torra utrymmet 150 på den andra sidan av axeltätningen.

Uppfinningen är inte begränsad till de utföringsformer, som beskrivits med hänvisning till figurerna utan kan varieras fritt inom omfånget hos de påföljande patentkraven.

Claims (12)

10 15 20 25 527 765 Patentkrav

1. Stödring (110) för stabilisering av en axeltätning, vilken axeltätning innefattar ett axelomslutande element (130) vars yttre begränsningsyta (130b) är huvudsakligen ringformig, där stödringen (110) har en inre begränsningsyta (110b) vilken bil- dar en öppning för mottagande av det axelomslutande elementet (130), och där stödringen (110) är anpassad för fast montering i ett axelhus (100) så att stödringens (110) inre begränsningsyta (110b) angränsar med en spalt (225a; 225b) mot det axelom- slutande elementets (130) ringformiga yttre begränsningsyta (130b), kännetecknad av att den inre begränsningsytan (110b) är utformad så att stöd- ringens (110) innerdiameter längs denna yta (110b) varierar mellan en maximal öppningsdimension (Dmax) och en minimal öppningsdimension (Dmin).

2. Stödring (110) enligt krav 1, kännetecknad av att den inre begränsningsytan (110b) är vågformig, där nämnda maximala öppningsdimension (Dmax) motsvaras av en vågdal (220b) och nämnda minimala öppningsdimension (Dmin) motsvaras av en vågtopp (220a, 220b). _

3. Stödring (110) enligt krav 2, kännetecknad av att den inre begränsningsytan (110b) innefattar ett udda antal vågtoppar (220a, 220b).

4. Stödring (110) enligt krav 3, kännetecknad av att antalet vågtoppar (220a, 220b) är åtminstone tre.

5. Stödring (110) enligt något av ovanstående krav, känne- tecknad av att den huvudsakligen består av ett elastiskt mate- rial.

6. Axelgenomföring innefattande ett axelhus (100) och en 10 15 20 25 30 527 765 11 axeltätning vilken i sin tur inkluderar ett axelomslutande element (130) med en ringformig yttre begränsningsyta (130b), där axel- tätningen är anpassad att förhindra ett flytande medium befint- ligt i anslutning till en roterande axel (190) på en första sida (140a; 140b) av axeltätningen från att nå en andra sida (150) av axeltätningen, kännetecknad av att axeihuset (100) innefattar en stödring (110) enligt något av föregående krav, vilken stödring (110) är monterad i axeihuset (100) så att dess inre begränsningsyta (110b) angränsar med en spalt (225a; 225b) mot det axelomslutande elementets (130) ringformiga yttre begränsningsyta (130b).

7. Axelgenomföring enligt krav 6, kännetecknad av att nämn- da spalt (225a; 225b) är anpassad att medge ett bestämt flöde av det flytande mediet förbi stödringen (110).

8. Axelgenomföring enligt krav 7, kännetecknad av att stöd- ringens (110) inre begränsningsyta (110b) är vågformig, varvid en maximal spalt (225a) mellan den inre begränsningsytan (110b) och det axelomslutande elementets ringformiga yttre be- gränsningsyta (130b) ges av en vågdal (210), och en minimal spalt (225b) mellan den inre begränsningsytan (110b) och det axelomslutande elementets ringformiga yttre begränsningsyta (130b) ges av en vågtopp (220a, 220b).

9. Axelgenomföring enligt krav 8, kännetecknad av att stöd- ringen (110) är utformad så ett huvudsakligt spaltutrymme (A) bildas mellan det axelomslutande elementets ringformiga yttre begränsningsyta (130b) och ett ytsegment mellan två an- gränsande vàgtoppar (220a; 220b) hos den inre begränsnings- ytan (110b) av stödringen (110), och vågformen är anpassad så att en sammanlagd tvärsnittsarea av det huvudsakliga spalt- utrymmet (A) mellan stödringens (110) samtliga vàgtoppar medger nämnda bestämda flöde. 10 15 527 765

10. Axelgenomföring enligt något av kraven 8 eller 9, känne- tecknad av att vàgformen är anpassad för att dämpa radiella svängningar hos det axelomslutande elementet (130) med hänsyn till ett huvudsakligt rotationsfrekvensintervaII hos axeln (190).

11. Axelgenomföring enligt något av kraven 6 - 10, känneteck- nad av att den innefattar ett relativt axelhuset (100) icke-rote- rande fjäderelement (170) vilket är anpassat att pressa en första tätningsyta hos en väsentligen stationär del (120) av axel- tätningen mot en andra tätningsyta hos en roterande del (125) av axeltätningen vilken är ansluten till axeln (190).

12. Axelgenomföring enligt krav 11, kännetecknad av att fjäderelement (170) har en bälgformad profil vilken är anpassad att omsluta axeln (190).