-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dichtungseinrichtung für eine Wellendurchführung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
-
Eine derartige Dichtungseinrichtung kommt als Notfallsystem beispielsweise an einer Wellendurchführung einer Schottwand eines Schiffs zum Einsatz, um bei einem Eintritt von Wasser dessen Überströmen entlang einer Antriebswelle von einer Schiffskammer zu einer anderen zu hemmen. Im Normalbetrieb ist die Dichtungseinrichtung hingegen unwirksam und soll das Bewegungsverhalten der Welle möglichst nicht beeinträchtigen. Zudem ist sicherzustellen, dass die Dichtungseinrichtung hinreichend verschleißfest und leichtgängig ist, damit diese im Fall ihrer Beanspruchung auch wirksam wird.
-
Eindringendes Wasser drängt den starren Ring gegen eine Seitenflanke der Ringnut des Gehäuses und sorgt an dieser Stelle für die gewünschte Dichtwirkung zum Gehäuse hin, während der elastische Dichtring die Schnittstelle zwischen dem starren Ring und der Welle abdichtet. Damit der starre Ring in Anlage gegen die Seitenflanke der Nut gelangen kann, muss dieser etwas axial auf der Welle verschoben werden.
-
Wird der elastische Ring zu stark gepresst, kann sich der starre Ring nicht ausreichend axial auf der Welle verschieben, um die Dichtstelle zwischen dem starren Ring und dem Gehäuse zu schließen. Ist die Pressung des elastischen Rings zu gering, kann sich die Welle relativ zu diesem Drehen, wenn der starre Ring beispielsweise durch Anlaufen gegen eine Seitenflanke der Ringnut des Gehäuses gebremst wird. Eine solches Anlaufen kann durch Luftdruckunterscheide in den Kammern verursacht werden. Durch das Abbremsen des elastischen Rings kann es zu einem erhöhten Verschleiß am elastischen Ring kommen, so dass bei einem Wassereinbruch Wasser zwischen der Welle und dem starren Ring hindurchtreten kann. An der Welle auftretende Vibrationen können einen vorzeitigen Verschleiß des elastischen Rings beschleunigen.
-
-
US 4,177,997 A offenbart eine schwimmende Dichtringanordnung mit einem Gleitring, der eine Ringnutöffnung aufweist, in der ein ringförmiges Dichtelement tragend aufgenommen ist. Das ringförmige Dichtelement weist eine Verschleißfläche auf, die gleitend mit einer Außenfläche auf der Welle in Eingriff steht. Die Außenfläche ist an einer an der Welle befestigten Hülse vorgesehen, so dass sich der Gleitring relativ zur Hülse bewegen kann.
-
Eine weitere Dichtungseinrichtung für eine Wellendurchführung ist in
EP 0092072 A1 beschrieben.
-
Ferner wird seitens der Fa. Espey Burgmann GmbH ein Bulkhead Seal mit der Bezeichnung WDK-BHS angeboten, welches zwei mehrteilige Dichtringe aus PTFE aufweist, die jeweils in einer zugehörigen Ringnut eines Gehäuses aufgenommen sind und jeweils mittels einer umlaufenden Spiralfeder auf die rotierende Welle gedrückt werden. Bei starken radialen und axialen Vibrationen kann es allerdings zu einem vorzeitigen Verschleiß der filigranen Dichtringe kommen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, eine gattungsgemäße Dichtungseinrichtung im Hinblick auf ihre Robustheit bei Auftreten von radialen und axialen Vibrationen an der Welle zu ertüchtigen.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Dichtungseinrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
-
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht ein robustes Design durch den Einsatz eines massiven starren Rings bei gleichzeitig sehr geringem Verschleiß. Insbesondere wird durch das Gleitband ein direkter Verschleiß des elastischen Rings vermieden. Dadurch kann wiederum sichergestellt werden, dass der starre Ring im Bedarfsfall auf der Welle axial verschoben werden kann, damit die Dichtungseinrichtung wirksam wird.
-
Gleichwohl bleibt in radialer Richtung eine hohe Dichtigkeit zwischen dem starren Ring und der Welle gewährleistet.
-
Die erfindungsgemäße Lösung umgeht damit auf einfache und elegante Weise die dem oben erläuterten Stand der Technik innewohnenden Probleme.
-
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand weiterer Patentansprüche.
-
Weiterhin kann der starre Ring an der Innenumfangsfläche seiner Durchgangsöffnung eine Aufnahmenut für das Gleitband aufweisen, wobei eine Nuttiefe der Aufnahmenut kleiner ist als die Wandstärke des Gleitbands. Hierdurch wird einem axialen Verrutschen des Gleitbands vorgebeugt. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn an der Welle axiale Vibrationen auftreten können.
-
Es hat sich gezeigt, dass für das Gleitband eine Wandstärke von 1 bis 3 mm vorteilhaft ist.
-
In einer besonderen Ausführungsart kann das Gleitband eine Folie aufweisen oder durch eine solche gebildet sein, wobei das Material der Folie ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend: Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyethylenterephthalat (PETP), Polyoxymethylen (POM) oder Polyetheretherketon (PEEK) und Polyethylen mit ultrahoher Molmasse (PE-UHMW). Hierdurch wird eine besonders geringe Reibung bei hoher Verschleißfestigkeit gewährleistet.
-
In einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung kann der elastische Ring aus Neopren bestehen. Solche Chloropren-Kautschuke zeichnen sich durch eine hohe Witterungsbeständigkeit sowie weiterhin eine gute Beständigkeit gegen Öle und Fette aus. Überdies ist das Material selbstlöschend.
-
Anstelle von Neopren können jedoch je nach Einsatzsituation auch andere Materialien für den elastischen Ring zum Einsatz kommen.
-
In einer weiteren besonderen Ausführungsart der Erfindung besteht der starre Ring aus einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff und/oder Metall. Da der starre Ring an die Welle angebunden ist und mitunter mit der Welle mitdreht, ist für diesen ein besonders geringes Bauteilgewicht anzustreben, so dass bevorzugt Faser-Kunststoff- Verbundwerkstoffe zum Einsatz kommen.
-
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart ist der Querschnitt des starren Rings derart konfiguriert, dass sich dieser radial einwärts zur Durchgangsöffnung hin verjüngt. Hierdurch wird ein schmaler ringförmiger Anlagebereich für das Anlaufen gegen eine Seitenflanke der Ringnut des Gehäuses geschaffen, wodurch eine besonders hohe Dichtwirkung erzielt wird.
-
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsart kann ein Teil des Gehäuses durch einen Abschnitt der Wand, durch welche die Welle hindurchgeführt werden soll, gebildet werden. In diesem Fall wird das Gehäuse durch eine Wand, insbesondere Schottwand, und einen Deckel derart gebildet, dass eine Seitenflanke der Ringnut des Gehäuses durch die Wand und die gegenüberliegende Seitenflanke der Ringnut des Gehäuses durch den Deckel bereitgestellt wird. Die Breite der Ringnut ist dabei derart bemessen, dass der starre Ring in dieser axial schwimmend aufgenommen werden kann.
-
In Abwandlung hiervon kann das Gehäuse auch als von der Wand separates Bauteil bereitgestellt werden, welches an der Wand eigens befestigt wird. In diesem Fall weist das Gehäuse einen Gehäusering und einen Deckel auf, wobei eine Seitenflanke der Ringnut des Gehäuses durch den Gehäusering und die gegenüberliegende Seitenflanke der Ringnut des Gehäuses durch den Deckel bereitgestellt wird, wobei der Gehäusering Befestigungseinrichtungen zur Festlegung des Gehäuses an einer Wand, insbesondere Schottwand, aufweist. Auch hier erfolgt die Aufnahme des starren Rings axial schwimmend in der Ringnut des Gehäuses.
-
Nachfolgend wird die Erfindung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Darstellung einer Einbausituation einer Dichtungseinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung an einer Wand mit Wellendurchführung,
- 2 eine Längsschnittansicht der Dichtungseinrichtung aus 1, und in
- 3 eine Querschnittsansicht der Dichtungseinrichtung aus 1.
-
Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Dichtungseinrichtung 1 für eine Wellendurchführung durch eine Wand 100. In 1 ist die Wand 100 als Schottwand eines Schiffs dargestellt, welche zwei Schiffskammern A und B voneinander trennt. Weiterhin ist eine Welle 200 zu erkennen, welche sich durch die Wand 100 hindurch erstreckt. Diese Welle 200 kann beispielsweise eine Antriebswelle des Schiffs sein.
-
Die Dichtungseinrichtung 1 ist zwischen der Wand 100 und der Welle 200 angeordnet. Sie dient dazu, bei einem Eintritt von Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, in eine der Kammern A oder B einen Übertritt von Flüssigkeit in die jeweils andere Kammer B oder A zu unterbinden oder jedenfalls so stark zu verlangsamen, dass Passagiere und Besatzung des Schiffs in Sicherheit gebracht werden können oder Letzteres einen Hafen ansteuern kann. Dabei bewirkt an der Dichtungseinrichtung 1 anstehende Flüssigkeit, dass die Dichtungseinrichtung 1 abdichtet. Im Normalbetrieb, d.h. ohne anstehende Flüssigkeit, wird eine Dichtwirkung hingegen nicht benötigt.
-
Die Dichtungseinrichtung 1 weist zunächst ein Gehäuse 10 auf, das an der Wand 100 befestigt wird. In Abwandlung hiervon können Abschnitte des Gehäuses 10 jedoch auch in die Wand 100 integriert sein.
-
Wie insbesondere 2 zeigt, weist das Gehäuse 10 eine Öffnung 11 zur Hindurchführung der Welle 200 sowie weiterhin eine Ringnut 12 auf. Die Ringnut 12 erstreckt sich um die Welle 200 herum und ist zu der Welle 200 hin offen.
-
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 10 einen Gehäusering 13 sowie einen Deckel 14 auf. Dabei wird eine erste Seitenflanke 15 der Ringnut 12 des Gehäuses 10 durch den Gehäusering 13 und die gegenüberliegende Seitenflanke 16 der Ringnut 12 des Gehäuses 10 durch den Deckel 14 bereitgestellt. Ein Nutgrund 17 der Ringnut 12 des Gehäuses 10 kann entweder am Gehäusering 13 oder am Deckel 14 ausgebildet sein. Es ist auch möglich, den Nutgrund 17 durch Wandabschnitte sowohl am Gehäusering 13 als auch am Deckel 14 zu bilden.
-
Der Deckel 14 ist an dem Gehäusering 13 befestigt und gegen diesen abgedichtet. Der Gehäusering 13 weist seinerseits Befestigungseinrichtungen 18, beispielsweise Befestigungslöcher, zur Festlegung des Gehäuses 10 an der Wand 100 auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gehäusering 13 mittels Gewindebolzen 19 unter Einschluss einer Dichtung 20 an die Wand 100 angeschraubt. Es ist jedoch auch möglich, den Deckel 14 unmittelbar an der Wand 100 zu befestigen und dabei gegebenenfalls zusätzlich zur Festlegung des Gehäuserings 13 an der Wand 100 zu verwenden.
-
In Abwandlung hiervon kann der Gehäusering 13 auch einstückig in die Wand 100 integriert sein, und zwar derart, dass die erste Seitenflanke 15 der Ringnut 12 des Gehäuses 10 durch die Wand 100 und die gegenüberliegende Seitenflanke 16 der Ringnut 12 des Gehäuses 10 durch den Deckel 14 bereitgestellt wird.
-
Weiterhin weist die Dichtungseinrichtung 10 einen starren Ring 30 auf, der mit Axial- und Radialspiel in der Ringnut 12 des Gehäuses 10 angeordnet ist. Das Axialspiel kann dabei in der Größenordnung von einigen Zehntel Millimetern liegen und ist in den beigefügten Figuren nicht maßstäblich dargestellt. Vorzugsweise beträgt das Axialspiel zu den Seitenflanken 15 und 16 der Ringnut 12 insgesamt 0,2 bis 2,0 mm. In Radialrichtung kann ein vergleichbares Spiel gewählt werden. Da dieses Radialspiel jedoch von untergeordneter Bedeutung ist, kann der Außenumfang des starren Rings 30 auch einen größeren Abstand zum Nutgrund 17 der Ringnut 12 aufweisen, wie dies qualitativ in 2 zu erkennen ist.
-
Der starre Ring 30 weist eine Durchgangsöffnung 31 zur Hindurchführung der Welle 200 auf. Ferner weist dieser an einer Innenumfangsfläche 32 seiner Durchgangsöffnung 31 eine Ringnut 33 auf.
-
Der starre Ring 30 besteht vorzugsweise aus einem Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, um dessen Bauteilgewicht gering zu halten. Er kann jedoch auch aus Metall oder aus einer Kombination von Metall und Faser-Kunststoff- Verbundwerkstoff gefertigt sein.
-
Weiterhin kann der starre Ring 30 mit einem Querschnitt ausgeführt sein, welcher sich radial einwärts zur Durchgangsöffnung 31 hin verjüngt. Hierdurch wird im Bedarfsfall bei an dem starren Ring 30 axial anstehender Flüssigkeit eine gute Dichtwirkung gegen die betreffende Seitenflanke 15, 16 der Ringnut 12 des Gehäuses 10 gewährleistet. Der Querschnitt des starren Rings 30 kann in Richtung nach radial innen konisch zulaufen, wie dies in 2 zu erkennen ist. Jedoch sind auch andere sich nach radial innen verjüngende Querschnittsverläufe möglich.
-
In der Ringnut 33 des starren Rings 30 ist ein elastischer Ring 40 angeordnet. Die Begriffe „starr“ und „elastisch“ sind vorliegend qualitativ in Abgrenzung gegeneinander zu verstehen und zwar dahingehend, dass der elastische Ring 40 eine deutlich höhere Elastizität aufweist als der starre Ring 30. Der elastische Ring 40 ist weicher als der starre Ring 30.
-
Die beiden Ringe 30, 40 bilden gewissermaßen einen Doppel-Dichtring mit einer weichen Wellendichtung über den Ring 40 und einem härteren Halte-Dichtring in Form des Rings 30, der die weiche Wellendichtung aufnimmt und gegen das Gehäuse 10 abdichtet.
-
Der elastische Ring 40, welcher vorzugsweise als O-Ring ausgebildet wird, kann einen runden Querschnitt aufweisen. Jedoch sind auch andere Querschnittsformen möglich.
-
Vorzugsweise besteht der elastische Ring 40 aus Neopren oder einem vergleichbaren Kautschuk. Jedoch können auch andere elastisch kompressible Werkstoffe für den elastischen Ring 40 zum Einsatz kommen.
-
Weiterhin weist die Dichtungseinrichtung 10 ein Gleitband 50 zur Anlage gegen die Welle 200 auf.
-
Dieses Gleitband 50 besteht an seiner zur Welle 200 weisenden Oberfläche vorzugsweise aus einem reibungsmindernden Werkstoff.
-
Es ist umlaufend an der Innenumfangsfläche 32 der Durchgangsöffnung 31 des starren Rings 30 angeordnet und überdeckt gleichzeitig die Ringnut 33 des starren Rings 30 mit dem in besagter Ringnut 33 angeordneten elastischen Ring 40 an der Seite zur Welle 200 hin.
-
Die Ringnut 33 und der elastische Ring 40 sind dabei vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, dass der elastische Ring 40 gegen das Gleitband 50 gedrängt ist. Mit anderen Worten, der elastische Ring 40, welcher sich in der Ringnut 33 des starren Rings 30 radial nach außen abstützt, drückt gegen die radiale Außenwand des Gleitbands 50.
-
Im eingebauten Zustand der Dichtungseinrichtung 10 drückt somit der elastische Ring 40 das Gleitband 50 gegen den Außenumfang der Welle 200 und dichtet somit den Zwischenraum zwischen dem starren Ring 30 und der Welle 200 gegen den Durchtritt von Flüssigkeit elastisch ab. Hierdurch können Vibrationen der Welle 200 in Radialrichtung kompensiert werden, ohne die Dichtwirkung zu beeinträchtigen.
-
Dabei dichtet das Gleitband 50 den starren Ring 30 im Bereich der Ringnut 33 und des elastischen Rings 40 gegen die Welle 200. Zwischen dem Gleitband 50 und der Ringnut 33 wirkt der elastische Ring 40 als Dichtung.
-
Zudem gewährleistet das Gleitband 50, dass der starre Ring 30 bei anstehender Flüssigkeit leichtgängig auf der Welle 200 axial verschoben werden kann, damit der starre Ring 30 im Bedarfsfall durch anstehende Flüssigkeit in dichtende Anlage gegen eine der Seitenflanken 15, 16 der Ringnut 12 des Gehäuses 10 gelangen kann.
-
Überdies verhindert das Gleitband 50 einen vorzeitigen Verschleiß des elastischen Rings 40 durch Vermeidung von Reibung zwischen dem elastischen Ring 40 und der Welle 200. Hierdurch wird die Verschleißfestigkeit der Dichtungseinrichtung 10 erheblich verbessert und damit das Risiko, dass diese im Bedarfsfall verschleißbedingt unwirksam geworden ist, massiv reduziert.
-
Die Dichtungseinrichtung 10 verbindet folglich eine hohe Robustheit mit einer hohen Verschleißfestigkeit und Lebensdauer, so dass Wartungsintervalle deutlich ausgedehnt werden können.
-
Das Gleitband 50 kann beispielsweise eine Folie aufweisen oder aus einer solchen bestehen. Dabei ist das Material der Folie vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe umfassend: Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyethylenterephthalat (PETP), Polyoxymethylen (POM) oder Polyetheretherketon (PEEK) und Polyethylen mit ultrahoher Molmasse (PE-UHMW).
-
Das Gleitband 50 kann radial einwärts über die Innenumfangsfläche 32 der Durchgangsöffnung 31 des starren Rings 30 erhaben sein.
-
Ferner kann der starre Ring 30 an der Innenumfangsfläche 32 seiner Durchgangsöffnung 31 eine Aufnahmenut 34 für das Gleitband 50 aufweisen. Die Nuttiefe der Aufnahmenut 34 ist dabei kleiner als die Wandstärke des Gleitbands 50.
-
Vorzugsweise beträgt die Wandstärke des Gleitbands 50 1 bis 3 mm. Die Breite des Gleitbands 50 beträgt ein Mehrfaches der Wandstärke. Sie liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 30 mm.
-
Zur Erleichterung der Montage bei bereits eingebauter Welle 200 können das Gehäuse 10, die Dichtung 20, der starre Ring 30 sowie gegebenenfalls auch der elastische Ring 40 in Umfangsrichtung in zwei oder mehr Segmente unterteilt sein, welche bei der Montage miteinander verbunden werden. 3 zeigt beispielhaft eine Unterteilung des starren Rings 30 in zwei Segmente, welche mittels Gewindebolzen 60 miteinander verbunden sind.
-
Im Normalbetrieb der Dichtungseinrichtung 10 ist der starre Ring 30 über den elastischen Ring 40 leicht radial gegen die Welle 200 verspannt, so dass der starre Ring 30 mit der Welle 200 mitdreht. Zwischen dem starren Ring 30 und der Welle 200 ist dabei eine Dichtwirkung vorhanden. Aufgrund seines Axial- und Radialspiels in der Ringnut 12 stehen die beiden Kammern A und B über die entsprechenden Spalträume zwischen dem starren Ring 30 und der Ringnut 12 miteinander in Verbindung, so dass prinzipiell ein Flüssigkeitsübertritt und Gasübertritt möglich ist. Läuft der starre Ring 30 im Normalbetrieb gegen eine der Seitenflanken 15, 16 des Ringraums 12 des Gehäuses 10 an, beispielsweise infolge von axialen Vibrationen der Welle 200, so wird der starre Ring 30 durch das Gehäuse 10 gebremst. Die sich hierdurch zur Welle 200 einstellende Relativbewegung tritt vorliegend vor allem zwischen dem Gleitband 50 und der Welle 200 auf, wodurch Verschleiß an dem elastischen Ring 40 vermieden wird.
-
Kommt es aufgrund eines Flüssigkeitseintritts in einer der Kammern A oder B zu einem Anstehen von Flüssigkeit an dem starren Ring 30, so wird dieser, da die Flüssigkeit wegen der Drosselwirkung der Spalträume nicht schnell entweichen kann, durch die Flüssigkeit gegen eine der Seitenwände 15, 16 der Ringnut 12 des Gehäuses 10 gedrängt. Dadurch dichtet der starre Ring 30 gegen das Gehäuse 10 ab, so dass ein substantieller Durchtritt von Flüssigkeit unterbunden wird. Die Welle 200 kann hierbei weiter rotieren, um einen Betrieb, beispielsweise eine Manövrierbarkeit eines Schiffs aufrecht zu erhalten.
-
Die Dichtungseinrichtung 10 wurde vorstehend im Zusammenhang mit einer Schottwand an einem Schiff sowie einer Antriebswelle desselben näher erläutert. Sie kann jedoch auch in anderen Anwendungsumgebungen eingesetzt werden, in welchen eine hohe Robustheit und Verschleißsicherheit an einer schwimmenden Wellendichtung benötigt wird. Insoweit sind die vorstehend erläuterte Wand nicht als auf eine Schottwand beschränkt und die vorstehend erläuterte Welle nicht als auf eine Antriebswelle beschränkt zu verstehen.
-
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und weiterer Abwandlungen näher erläutert, welche dazu dienen, die Ausführbarkeit der Erfindung zu belegen. Sie ist jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel und die weiteren Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Insbesondere können vorstehend erläuterte Merkmale auch dann miteinander kombiniert werden, wenn dies nicht ausdrücklich erwähnt ist, solange dies technisch möglich ist. Solche Kombinationen und Unterkombinationen werden hiermit in die vorliegende Offenbarung einbezogen und lediglich aus Gründen einer kompakten Darstellung nicht nochmal eigens beschreiben.