DE102008006485A1

DE102008006485A1 - Bürstendichtung und Verfahren zur Montage einer Bürstendichtung

Info

Publication number: DE102008006485A1
Application number: DE102008006485A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beichl
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2009-07-30
Also published as: CA2713370A1; US20100327536A1; WO2009094984A1; EP2242941A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bürstendichtung mit einem Dichtelement (12) umfassend eine Vielzahl von Fasern oder Drähten die an einem Faser- oder Drahtende (16) zu einem Faser- oder Drahtbündel (14) verbunden sind, wobei das Faser- oder Drahtende (16) in einer Montageaussparung (22) eines Gehäuses (20a, 20b) angeordnet ist, und einem dem Faser- oder Drahtende (16) gegenüberliegenden, aus dem Gehäuse (20a, 20b) herausragenden freien Ende (30) des Faser- oder Drahtbündels (14). Erfindungsgemäß ist an einer Innenkontur (18) der Montageaussparung (22) mindestens ein Vorsprung (24, 26) ausgebildet, derart, dass das Faser- oder Drahtbündel (14) in einem vordefinierten Abstand zu dem Faser- oder Drahtende (16) durch den Vorsprung (24, 26) geklemmt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage einer Bürstendichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bürstendichtung mit einem Dichtelement umfassend eine Vielzahl von Fasern oder Drähten die an einem Faser- oder Drahtende zu einem Faser- oder Drahtbündel verbunden sind, wobei das Faser- oder Drahtende in einer Montageaussparung eines Gehäuses angeordnet ist, und einem dem Faser- oder Drahtende gegenüberliegenden, aus dem Gehäuse herausragenden freien Ende des Faser- oder Drahtbündels. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Montage einer Bürstendichtung.
Bürstendichtungen der eingangs genannten Art sind in einer großen Vielzahl bekannt und werden beispielsweise bei Gasturbinen eingesetzt, um den Zwischenraum zwischen einem Gehäuse und einem mit einer verhältnismäßig hohen Drehzahl rotierenden Rotor gegen Leckage abzudichten. Eine entsprechende Bürstendichtung ist z. B. in der US 2007/0132189 A1 beschrieben. Nachteilig an den bekannten Bürstendichtungen ist jedoch, dass die für den jeweiligen Einsatzzweck geforderte Grundsteifigkeit der Bürstendichtung bereits vor dem Einbau der Bürstendichtung in die jeweilige Maschine mit entsprechenden Maßnahmen eingestellt werden muss. So werden bisher Bürstendichtungen mit einer fest fixierten freien Faserlänge gebaut. Unter freier Faserlänge wird dabei derjenige Abschnitt des Faser- oder Drahtbündels verstanden, der nicht von einem Klemmelement oder einem Schweiß- oder Klebebereich zur Fixierung und Bündelung der einzelnen Fasern und Drähte umgeben ist. So wurde z. B. bei dem Einsatz von Kevlar^®-Bürstendichtungen in Werkzeugmaschinen-Dreheinführungen festgestellt, dass die geforderte Dichtigkeit nur mit sehr kurzen Faserlängen zu erreichen ist. Dabei wurde beobachtet, dass es zu einer unakzeptablen hohen Wärmeentwicklung kommen kann. Um diese Wärmeentwicklung zu begrenzen wird bei diesem genannten Beispiel die Bürstendichtung mit der Welle gepaart, um die notwendige Grundsteifigkeit der Bürstendichtung zu erreichen. Dieses Vorgehen ist unwirtschaftlich und logistisch kaum in den Griff zu bekommen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Bürstendichtung bereitzustellen, deren Grundsteifigkeit einstellbar ist.
Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Montage einer Bürstendichtung bereitzustellen, welches eine Einstellung und Anpassung der Grundsteifigkeit der Bürstendichtung an die individuellen Anforderungen der abzudichtenden Umgebung ermöglicht.
Gelöst werden diese Aufgaben durch eine Bürstendichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
Eine erfindungsgemäße Bürstendichtung weist ein Dichtelement umfassend eine Vielzahl von Fasern und Drähten auf, wobei die Fasern und Drähte an einem Faser- oder Drahtende zu einem Faser- oder Drahtbündel verbunden sind, wobei das Faser- oder Drahtende in einer Montageaussparung eines Gehäuses angeordnet ist, und einem dem Faser- oder Drahtende gegenüberliegenden, aus dem Gehäuse herausragenden freien Ende des Faser- oder Drahtbündels. Zudem ist an einer Innenkontur der Montageaussparung mindestens ein Vorsprung ausgebildet, derart, dass das Faser- oder Drahtbündel in einem vordefinierten Abstand zu dem Faser- oder Drahtende durch den Vorsprung geklemmt ist. Bei der erfindungsgemäßen Bürstendichtung wird erst nach bzw. mit der Montage der Bürstendichtung in das Gehäuse die Grundsteifigkeit des Faser- oder Drahtbündels bzw. der Dichtung eingestellt. Dabei werden die Fasern oder Drähte zwischen einem oder mehreren Vorsprüngen der Innenkontur der Montageaussparung des Gehäuses geklemmt. Der Abstand zu dem Faser- oder Drahtende kann variiert werden, so dass die freie Faserlänge und damit die Grundsteifigkeit der Bürstendichtung individuell an die Anforderungen der abzudichtenden Umgebung angepasst werden kann. Zudem kann die Bürstendichtung mit normalen Fertigungstoleranzen gefertigt werden, da die gegebenenfalls sehr hohe Grundsteifigkeit der Bürstendichtung erst nach der Montage der Bürstendichtung erzielt wird. So kann beispielsweise im Betrieb sowohl die Dichtigkeit wie auch die Wärmeentwicklung eingestellt werden, ohne dass die Bürstendichtung mit einer Welle gepaart werden muss. Hierdurch verringern sich die Kosten für die Herstellung wie auch für die Montage sowie der logistische Aufwand deutlich. So kann die Bürstendichtung mit langen Fasern, die eine geringe Grundsteifigkeit aufweisen, gefertigt werden. Bei der Montage der Bürstendichtung werden die Fasern bzw. Drähte durch den oder die Vorsprünge in der Montageaussparung in einem vorbestimmten Bereich geklemmt, so dass die geklemmten Fasern bzw. Drähte entsprechend einer Bürstendichtung mit kürzeren Fasern arbeiten. Der Vorsprung kann dabei als ein an der Innenkontur zumindest teilweise umlaufender Vorsprung aus gebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass mindestens zwei sich an der Innenkontur gegenüberliegende Vorsprünge ausgebildet sind.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bürstendichtung ist das Faser- oder Drahtende aus einem Kerndraht, um den die Vielzahl von Fasern oder Drähten gewickelt ist und einem Klemmelement, insbesondere einem Klemmrohr, gefertigt, wobei das Klemmelement zur Fixierung und Bündelung der Fasern und Drähte dient. Es ist aber auch möglich, dass das Faser- oder Drahtende einen Schweiß- oder Klebebereich zur Fixierung und Bündelung der Fasern und Drähte aufweist. Erfindungsgemäß können unterschiedliche Arten von Dichtelementen verwendet werden.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bürstendichtung ist an der Innenkontur der Montageaussparung im Bereich einer Austrittsöffnung für das freie Ende des Faser- oder Drahtbündels mindestens eine erste Abstützfläche ausgebildet an der das freie Ende zumindest teilweise abgestützt ist. Zudem ist es möglich, dass an einem der Stützfläche gegenüberliegenden Bereich der Innenkontur eine zweite Abstützfläche für das freie Ende des Faser- oder Drahtbündels ausgebildet ist. Die Abstützflächen des Gehäuses übernehmen dabei vorteilhafterweise eine Stütz- bzw. Abdeckfunktion, die bei bekannten Bürstendichtungen üblicherweise durch jeweils separate Elemente ausgeübt werden. Die erste Abstützfläche kann zudem von dem freien Ende des Faser- oder Drahtbündels beabstandet ausgebildet sein. Hierdurch wird vorteilhafterweise ein unerwünschter Kontakt zwischen dem Gehäuse und gegenüberliegenden Maschinenteilen vermieden.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bürstendichtung ist das die Montageaussparung aufweisende Gehäuse mehrteilig oder einstückig ausgebildet.
Gemäß weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Bürstendichtung kann das Gehäuse, in das die Bürstendichtung eingebaut wird ein Bauelement einer Flug- oder stationären Gasturbine, eines Verdichters, einer Dampfturbine oder einer Werkzeugmaschine sein. Grundsätzlich kann die Bürstendichtung in allen Maschinen, bei denen ein Spalt zwischen zwei Bauelementen der Maschine abgedichtet werden muss eingesetzt werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Montage einer Bürstendichtung in einem Gehäuse umfasst folgende Schritte: a) Bereitstellung einer Bürstendichtung mit einem Dichtelement umfassend eine Vielzahl von Fasern oder Drähten, die an einem Faser- oder Drahtende zu einem Faser- oder Draht bündel verbunden sind und einem dem Faser- oder Drahtende gegenüberliegenden, aus dem Gehäuse herausragenden freien Ende des Faser- oder Drahtbündels; und b) Einführen und Fixieren der Bürstendichtung in einer Montageaussparung des Gehäuses, wobei das Faser- oder Drahtbündel in einem vordefinierten Abstand zu dem Faser- oder Drahtende durch mindestens einen Vorsprung geklemmt wird und der Vorsprung an einer Innenkontur der Montageaussparung ausgebildet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erst nach bzw. während der Montage der Bürstendichtung in das Gehäuse die Grundsteifigkeit des Faser- oder Drahtbündels bzw. der Dichtung eingestellt. Dabei werden die Fasern oder Drähte zwischen einem oder mehreren Vorsprüngen der Innenkontur der Montageaussparung des Gehäuses geklemmt. Der Abstand der oder des Vorsprungs zu dem Faser- oder Drahtende kann variiert werden, so dass die freie Faserlänge und damit die Grundsteifigkeit der Bürstendichtung individuell an die Anforderungen der abzudichtenden Umgebung angepasst werden kann.
In vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Gehäuse, in das die Bürstendichtung eingebaut wird ein Bauelement einer Flug- oder stationären Gasturbine, eines Verdichters, einer Dampfturbine oder einer Werkzeugmaschine sein. Grundsätzlich kann die Bürstendichtung in allen Maschinen, bei denen ein Spalt zwischen zwei Bauelementen der Maschine abgedichtet werden muss eingesetzt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Dabei zeigt die Figur eine schematische Schnittdarstellung einer Bürstendichtung 10.
Die Bürstendichtung 10 besteht aus einem Dichtelement 12, wobei das Dichtelement 12 eine Vielzahl von Fasern oder Drähten umfasst, die an einem Faser- oder Drahtende 16 zu einem Faser- oder Drahtbündel 14 verbunden sind. Mann erkennt, dass das Faser- oder Drahtende 16 in einer Montageaussparung 22 eines zweiteiligen Gehäuses 20a, 20b angeordnet ist. An dem dem Faser- oder Drahtende 16 gegenüberliegenden freien Ende 30 ragt das Faser- oder Drahtbündel 14 aus dem Gehäuse 20a, 20b heraus. Die einzelnen Fasern oder Drähte bestehen dabei aus Metall, einer Metall-Legierung, Kunststoff oder Keramik.
An einer Innenkontur 18 der Montageaussparung 22 sind sich gegenüberliegende Vorsprünge 24, 26 ausgebildet. Die Ausgestaltung der Vorsprünge 24, 26 ist derart, dass das Faser- oder Drahtbündel 14 in einem vordefinierten Abstand zu dem Faser- oder Drahtende 16 durch die Vorsprünge 24, 26 geklemmt wird. Es ist aber auch möglich, dass ein an der Innenkontur 18 der Montageaussparung 22 umlaufender Vorsprung ausgebildet ist. Durch die Klemmung des Faser- oder Drahtbündels 14 ergibt sich eine Verkürzung der so genannten freien Faserlänge, wodurch sich die Grundsteifigkeit des Dichtelementes 12 bzw. des Faser- oder Drahtbündels 14 verändert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erhöht sich durch die Verkürzung der freien Faserlänge die Grundsteifigkeit der Bürstendichtung 10 insgesamt. Damit wird deutlich, dass die Bürstendichtung 10 vor der Montage in das Gehäuse 20a, 20b eine freie Faserlänge Fv aufweist, die größer ist als die freie Faserlänge Fm nach der Bürstendichtungsmontage. Zur Erzielung der Klemmwirkung wird dabei das Dichtelement 12 in einen entsprechenden Teilbereich der Montageaussparung 22 eines der beiden Gehäuseteile 20a, 20b eingelegt. Anschließend wird das verbleibende Gehäuseteil mit dem ersten Gehäuseteil verbunden, wobei die Vorsprünge 24, 26 das Faser- oder Drahtbündel 14 in einem vorbestimmten Abstand von dem Faser- oder Drahtende 16 klemmen.
Durch diese Vorgehensweise ist es auch möglich, Exzentrizitäten bzw. Toleranzen bereits bei der Montage zu kompensieren.
Des Weiteren erkennt man, dass das Faser- oder Drahtende 16 aus einem Kerndraht 38, um den eine Vielzahl von Fasern oder Drähte gewickelt ist, und einem Klemmelement 36 besteht, wobei das Klemmelement 36 zur Fixierung und Bündelung der Fasern und Drähte dient. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Klemmelement 36 als Klemmrohr ausgebildet.
Des Weiteren erkennt man, dass an der Innenkontur 18 der Montageaussparung 22 im Bereich einer Austrittsöffnung 28 für das freie Ende 30 des Faser- oder Drahtbündels 14 eine erste Abstützfläche 32 ausgebildet ist, an der sich das freie Ende 30 zumindest teilweise abstützt. An dem der Stützfläche 32 gegenüberliegenden Bereich der Innenkontur 18 ist eine zweite Abstützfläche 34 für das freie Ende 30 des Faser- oder Drahtbündels 14 ausgebildet. Die erste und zweite Abstützfläche 32, 34 geben dabei eine Stütz- bzw. Abdeckfunktion aus. Zudem ist die erste Abstützfläche 32 von dem freien Ende 30 des Faser- oder Drahtbündels 14 beabstandet ausgebildet, wodurch ein unerwünschter Kontakt zwischen dem Gehäuseteil 20b und gegenüberliegenden Maschinenteilen (nicht dargestellt) vermieden wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2007/0132189 A1 [0002]

Claims

Bürstendichtung mit einem Dichtelement (12) umfassend eine Vielzahl von Fasern oder Drähten die an einem Faser- oder Drahtende (16) zu einem Faser- oder Drahtbündel (14) verbunden sind, wobei das Faser- oder Drahtende (16) in einer Montageaussparung (22) eines Gehäuses (20a, 20b) angeordnet ist, und einem dem Faser- oder Drahtende (16) gegenüberliegenden, aus dem Gehäuse (20a, 20b) herausragenden freien Ende (30) des Faser- oder Drahtbündels (14), dadurch gekennzeichnet, dass an einer Innenkontur (18) der Montageaussparung (22) mindestens ein Vorsprung (24, 26) ausgebildet ist, derart, dass das Faser- oder Drahtbündel (14) in einem vordefinierten Abstand zu dem Faser- oder Drahtende (16) durch den Vorsprung (24, 26) geklemmt ist.
Bürstendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (24, 26) als ein an der Innenkontur (18) zumindest teilweise umlaufender Vorsprung ausgebildet ist.
Bürstendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei sich an der Innenkontur (18) gegenüberliegende Vorsprünge (24, 26) ausgebildet sind.
Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenkontur (18) der Montageaussparung (22) im Bereich einer Austrittsöffnung (28) für das freie Ende (30) des Faser- oder Drahtbündels (14) mindestens eine erste Abstützfläche (32) ausgebildet ist an der das freie Ende (30) zumindest teilweise abgestützt ist.
Bürstendichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an einem der Stützfläche (32) gegenüberliegenden Bereich der Innenkontur (18) eine zweite Abstützfläche (34) für das freie Ende (30) des Faser- oder Drahtbündels (14) ausgebildet ist.
Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faser- oder Drahtende (16) aus einem Kerndraht (38), um den die Vielzahl von Fasern oder Drähten gewickelt ist und einem Klemmelement (36), insbesondere einem Klemmrohr, besteht, wobei das Klemmelement (36) zur Fixierung und Bündelung der Fasern und Drähte dient.
Bürstendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Faser- oder Drahtende (16) einen Schweiß- oder Klebebereich zur Fixierung und Bündelung der Fasern und Drähte aufweist.
Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20a, 20b) mehrteilig oder einstückig ausgebildet ist.
Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abstützfläche (32) von dem freien Ende (30) des Faser- oder Drahtbündels (14) beabstandet ausgebildet ist.
Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20a, 20b) ein Bauelement einer flug- oder stationären Gasturbine, eines Verdichters, einer Dampfturbine oder einer Werkzeugmaschine ist.
Verfahren zur Montage einer Bürstendichtung (10) in einem Gehäuse (20a, 20b), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellung einer Bürstendichtung (10) mit einem Dichtelement (12) umfassend eine Vielzahl von Fasern oder Drähten, die an einem Faser- oder Drahtende (16) zu einem Faser- oder Drahtbündel (14) verbunden sind und einem dem Faser- oder Drahtende (16) gegenüberliegenden, aus dem Gehäuse (20a, 20b) herausragenden freien Ende (30) des Faser- oder Drahtbündels (14); und b) Einführen und Fixieren der Bürstendichtung (10) in einer Montageaussparung (22) des Gehäuses (20a, 20b), wobei das Faser- oder Drahtbündel (14) in einem vordefinierten Abstand zu dem Faser- oder Drahtende (16) durch mindestens einen Vorsprung (24, 26) geklemmt wird und der Vorsprung (24, 26) an einer Innenkontur (18) der Montageaussparung (22) ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20a, 20b) ein Bauelement einer flug- oder stationären Gasturbine, eines Verdichters, einer Dampfturbine oder einer Werkzeugmaschine ist.