Was ist eine Motorstopfbuchse?
In einem Kreuzkopfmotor vom Typ 2-Takt-Schiffsdieselmotor sorgt die Stopfbuchse für eine Abdichtung zwischen dem Spülluftraum des Motors und dem Kurbelgehäuse. Stopfbuchsen sind erforderlich, um die Wahrscheinlichkeit eines Spülluftbrandes, einer Kurbelgehäuseexplosion und/oder einer Ölverunreinigung zu verringern. Motoren vom Trunk-Typ haben keine Stopfbuchse.
Eine Stopfbuchse hat drei Hauptabschnitte:
- Oberer Abschnitt – verhindert, dass Zylinderschmieröl und Gase in das Kurbelgehäuse gelangen.
- Mittlerer Abschnitt – ermöglicht das Ablassen von Öl, falls es einen Übertrag von den oberen oder unteren Teilen gibt.
- Unterer Abschnitt – verhindert, dass Kurbelgehäuseschmieröl in den Spülluftraum gelangt.
Der ‘obere Abschnitt’ wird auch als ‘Dichtungsabschnitt’ bezeichnet. Der ‘mittlere Abschnitt’ wird auch als ‘Ablassabschnitt’ bezeichnet. Der ‘untere Abschnitt’ wird auch als ‘Abstreifabschnitt’ bezeichnet. Jeder Name spiegelt die Funktion der Abschnitte wider. Der Dichtungsabschnitt bildet eine Gasdichtung, der Ablassabschnitt ermöglicht das Ablassen von Öl, während der Abstreifabschnitt für das Abstreifen von Kurbelgehäuseschmieröl verantwortlich ist.
Stopfbuchse für 2-Takt-Schiffsmotor
Dieser Artikel konzentriert sich auf die Stopfbuchsen, die in 2-Takt-Schiffsdieselmotoren mit niedriger Drehzahl verwendet werden. Diese Motortypen haben ein kleines Bohrungs-Hub-Verhältnis, was bedeutet, dass ein Kreuzkopf verwendet werden muss, um die Größe des Kurbelgehäuses zu begrenzen. Ohne einen Kreuzkopf wäre das Kurbelgehäuse unwirtschaftlich breit und die Abdichtung zwischen den Kolbenringen und der Zylinderlaufbuchse würde schwierig werden.
Gut zu wissen – der Spülluftraum befindet sich unter jedem Kolben des Motors und ermöglicht das Eindringen von Frischluft in die Zylinder des Motors, wodurch die Abgase aus dem Verbrennungsraum ausgestoßen werden. Das Kurbelgehäuse des Motors befindet sich direkt unter der Stopfbuchse.
Gut zu wissen – Trunk-Motoren verwenden eine Pleuelstange (Pleuel), um den Kolben mit der Kurbelwelle zu verbinden. Kreuzkopfmotoren verbinden den Kolben über die Kolbenstange, den Kreuzkopf und die Pleuelstange mit der Kurbelwelle.
Vergleich von Trunk- und Kreuzkopfmotoren
Was ist der Zweck einer Motorstopfbuchse?
Die Hauptfunktionen einer Motorstopfbuchse sind:
- Verhindern, dass Kurbelgehäuse-Schmieröl in den Spülluftraum gelangt, wenn sich die Kolbenstange nach oben bewegt.
- Verhindern, dass Spülluft in das Kurbelgehäuse gelangt, wenn sich der Kolben nach oben oder unten bewegt.
- Verhindern, dass Zylinderschmieröl in das Kurbelgehäuse gelangt, wenn sich die Kolbenstange nach unten bewegt.
- Verhindern, dass Schmutz in das Kurbelgehäuse gelangt, wenn sich die Kolbenstange nach unten bewegt.
- Verhindern, dass Abgase in das Kurbelgehäuse gelangen (wenn die Kolbenringe nicht richtig abdichten), wenn sich der Kolben nach oben oder unten bewegt.
Beachten Sie, dass die Bewegungsrichtung der Kolbenstange bestimmt, welche Funktion die Stopfbuchse zu einem bestimmten Zeitpunkt ausführt.
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Was sind die Hauptbestandteile einer Motorstopfbuchse?
Die Hauptbestandteile einer Stopfbuchse sind unten aufgeführt.
Stopfbuchsen-Gehäuse
Das Stopfbuchsen-Gehäuse bildet das äußere Gehäuse, das die Dichtungsringe und Abstreifringe umschließt. Es wird typischerweise aus Gusseisen oder Stahl hergestellt und aus zwei Teilen zusammengebaut.
Gut zu wissen – das ‘Stopfbuchsen-Gehäuse’ wird auch als ‘Diaphragma’, ‘Diaphragma-Gehäuse’ oder ‘Diaphragma-Dichtung’ bezeichnet.
Stopfbuchse mit beschrifteten Teilen
Dichtungsringe
Dichtungsringe sind hauptsächlich dafür verantwortlich, dass keine Spülluft in das Kurbelgehäuse gelangt. Wenn die Kolbenringe durchlässig sind (Gase aus dem Verbrennungsraum in den Spülluftraum gelangen lassen), verhindern die Dichtungsringe auch, dass diese Gase in das Kurbelgehäuse gelangen. Dichtungsringe passen in Nuten innerhalb des Stopfbuchsen-Gehäuses und werden typischerweise aus Bronze hergestellt. Da es nicht möglich ist, die Ringe als ein einziges Stück innerhalb der Stopfbuchse zu montieren, wird jeder Ring aus drei oder vier verschiedenen Abschnitten gebildet, die zusammen einen Kreis bilden.
Dichtungsring in vier Abschnitte geteilt
Gut zu wissen – durchlässige Kolbenringe können Kurbelgehäuseexplosionen und/oder Spülluftbrände verursachen. Aus diesem Grund ist es unerlässlich, defekte Kolbenringe so schnell wie möglich zu ersetzen. Durchlässige Kolbenringe werden oft durch einen Leistungsabfall des Motors im betroffenen Zylinder entdeckt.
Gut zu wissen – Kurbelgehäuse-Explosionsventile werden verwendet, um die Auswirkungen einer Kurbelgehäuseexplosion zu mildern, falls sie auftritt.
Obere und untere Abstreifringe
Abstreifringe befinden sich oberhalb und unterhalb der Dichtungsringe. Sie dienen dazu, überschüssiges Schmieröl von der Kolbenstange zu entfernen, wenn sie nach oben fährt, und überschüssiges Zylinderschmieröl und Schmutz von der Kolbenstange zu entfernen, wenn sie nach unten fährt. Ähnlich wie Dichtungsringe passen Abstreifringe in Nuten innerhalb des Stopfbuchsen-Gehäuses. In der Vergangenheit wurde der gesamte Abstreifring aus einem weichen Material wie Gusseisen oder Bronze hergestellt, aber modernere Designs verwenden dünne Lamellen, während die nicht abnutzenden Teile aus Stahl gefertigt sind; dies liegt daran, dass nur die Lamellen ersetzt werden müssen und nicht der gesamte Ring, wodurch Abfall und Kosten reduziert werden. Abstreifringe bestehen aus drei oder vier einzelnen Abschnitten, die beim Zusammenbau einen Kreis bilden (ähnlich wie Dichtungsringe).
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Lamellen (schwarz) in Abstreifringen (grau) installiert
Garterspring
Hinter jedem Dichtungs- und Abstreifring ist eine Garterspring installiert. Die Federn dienen dazu, die Ringe gegen die Kolbenstange zu drücken und so eine gute Abdichtung zu gewährleisten. Wenn die Spannung einer Feder zu hoch ist, kann dies zu übermäßigem Verschleiß der Kolbenstange, der Dichtungsringe und der Abstreifringe führen. Wenn die Spannung einer Feder zu niedrig ist, tritt eine unzureichende Abdichtung auf.
Ablauf
Zwischen den oberen Dichtungsringen und den unteren Abstreifringen befindet sich ein Ablauf. Der Ablauf ermöglicht es, dass Schmieröl aus dem Kurbelgehäuse, das die unteren Abstreifringe passiert, in einen Tank für gebrauchtes Schmieröl zurückgeführt wird; dieses Öl kann dann behandelt und wiederverwendet werden. Der Ablauf ermöglicht es auch, dass Zylinderöl, das den oberen Abstreifring passiert, in denselben Tank zur Verarbeitung zurückgeführt wird.
Wie funktioniert eine Motorstopfbuchse?
Die Stopfbuchse ist am Hauptmotor-A-Rahmen befestigt. Während sich der Kolben mit jedem Hub auf und ab bewegt, bewegt sich die Kolbenstange auf und ab durch die Stopfbuchse.
Wenn der Kolben nach oben fährt…
Jedes Schmieröl aus dem Kurbelgehäuse, das mit der Kolbenstange in Kontakt gekommen ist, wird von den unteren Abstreifringen entfernt; das abgeschabte Öl fließt zurück in das Kurbelgehäuse. Abstreifringe werden von ihren zugehörigen Gartersprings gegen die Kolbenstange gedrückt.
Wenn der Kolben nach unten fährt…
Jedes Zylinderöl, das auf der Kolbenstange vorhanden ist, wird vom oberen Abstreifring entfernt, wenn sich der Kolben nach unten bewegt. Dichtungsringe verhindern, dass Gase (Luft oder Abgase) aus dem Spülluftraum in das Kurbelgehäuse gelangen. Der Abstreifring und die Dichtungsringe werden von ihren zugehörigen Gartersprings gegen die Kolbenstange gedrückt.
Gut zu wissen – wenn die Abstreifringe oder Dichtungsringe zu fest installiert sind, tritt Verschleiß der Ringe und der Kolbenstange auf (nicht erwünscht).
Gut zu wissen – eine kleine Menge Schmieröl ist erforderlich, um die Abstreifringe und Dichtungsringe zu schmieren. Die Ringe sollten nicht in physischen Kontakt mit der Kolbenstange kommen; ein dünner Ölfilm trennt die Kolbenstange von den Ringen und reduziert so den Verschleiß aller Teile.
Gut zu wissen – Abgase sind nur vorhanden, wenn ein Ausfall oder übermäßiger Verschleiß der Kolbenringe oder der Zylinderlaufbuchse vorliegt; ein gerissener Kolben kann ebenfalls zu einem Abgasleck führen.
Sind Stopfbuchsen für alle Motortypen geeignet?
Stopfbuchsen sind nur für Kreuzkopf-2-Takt-Motoren geeignet. Es gibt zwei Haupttypen von 2-Takt-Verbrennungsmotoren: den Trunk-Typ und den Kreuzkopf-Typ.
Kreuzkopfmotor
In einem Kreuzkopfmotor wandelt ein Kreuzkopf die Drehbewegung der Kurbelwelle in die lineare Bewegung des Kolbens um. Das bedeutet, dass sich die Kolbenstange linear auf und ab bewegt, während sich die Kurbelwelle um eine zentrale Rotationsachse dreht.
Trunk-Motor
Ein Trunk-2-Takt-Motor hat keinen Kreuzkopf, was bedeutet, dass sich die Kolbenstange bei jedem Hub sowohl vertikal als auch horizontal bewegt. Diese zwei Freiheitsgrade/Bewegungen bedeuten, dass eine Stopfbuchse nicht verwendet werden kann, um eine Abdichtung bei einem Trunk-2-Takt-Motor bereitzustellen. Das Fehlen einer Abdichtungsanordnung bedeutet, dass Schmieröl in den Spülluftraum eines Trunk-2-Takt-Motors gelangen kann; dies ist eine inhärente Designschwäche dieses Motortyps.
Gut zu wissen – 4-Takt-Motoren sind nicht groß genug, um einen Kreuzkopf zu benötigen, d.h. ihr Bohrungs-Hub-Verhältnis ist zu groß, daher können sie keine Stopfbuchse verwenden.
Merkmale der Stopfbuchse
Die folgenden Merkmale sind der Grund, warum Stopfbuchsen in langsamlaufenden 2-Takt-Kreuzkopfmotoren auf Schiffen verwendet werden:
Einfachheit und Zuverlässigkeit
Stopfbuchsen sind einfache Geräte mit hoher Zuverlässigkeit. Sie sind relativ einfach zu warten und zu reparieren und weniger anfällig für Ausfälle als andere Arten von Dichtungen.
Fähigkeit, große Lücken zu überbrücken
Der Abstand zwischen der Kolbenstange und dem A-Rahmen in einem 2-Takt-Schiffsmotor kann ziemlich groß sein; Stopfbuchsen sind in der Lage, diese große Lücke zu überbrücken und dennoch eine gute Abdichtung zu erzielen.
Niedrige Kosten
Stopfbuchsen sind relativ kostengünstig in der Herstellung und Installation; dies macht sie kosteneffektiv.
Bewährtes Design
Fortschritte in der Materialwissenschaft haben es ermöglicht, Stopfbuchsdesigns kontinuierlich zu verbessern. Designverbesserungen haben zu reduzierten Verschleißraten, besserer Abdichtung und längeren Wartungsintervallen geführt.
Zusätzliche Ressourcen
https://marineinbox.com/marine-exams/stuffing-box/
https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1468087418796615