DE20311346U1 - Zur gemeinsamen Drehung mit einer Triebwerkswelle ausgelegter Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke - Google Patents
Zur gemeinsamen Drehung mit einer Triebwerkswelle ausgelegter Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung für StrahltriebwerkeInfo
- Publication number
- DE20311346U1 DE20311346U1 DE20311346U DE20311346U DE20311346U1 DE 20311346 U1 DE20311346 U1 DE 20311346U1 DE 20311346 U DE20311346 U DE 20311346U DE 20311346 U DE20311346 U DE 20311346U DE 20311346 U1 DE20311346 U1 DE 20311346U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- sliding ring
- composite material
- mechanical seal
- seal arrangement
- jet engines
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000011226 reinforced ceramic Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims description 14
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 9
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 5
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 7
- 239000002826 coolant Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 abstract 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 19
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 17
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 17
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 9
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/28—Arrangement of seals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
- F16J15/3496—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member use of special materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/55—Seals
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/20—Oxide or non-oxide ceramics
- F05D2300/21—Oxide ceramics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2300/00—Materials; Properties thereof
- F05D2300/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
- F05D2300/603—Composites; e.g. fibre-reinforced
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Sealing (AREA)
- Sealing Devices (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- Braking Arrangements (AREA)
Description
Zur gemeinsamen Drehung mit einer Triebwerkswelle ausgelegter Gleitring einer
Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke
Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke
Die Erfindung betrifft einen zur gemeinsamen Drehung mit einer Triebwerkswelle ausgelegten Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke, insbesondere solcher für den Flugzeugbau.
Sofern bei Flugzeug-Strahltriebwerken zur Abdichtung der Turbinen- und sonstigen Wellen Gleitringdichtungen zum Einsatz kommen, ist eine wesentliche Anforderung an derartige Dichtungen, dass ausreichend duktile Materialien vorgesehen sind, um Sprödbrüche unter den einwirkenden hohen Zentrifugalkräften und eine damit verbundene Gefahr der Beschädigung von Triebwerksteilen durch umherfliegende Splitterteile zu vermeiden. Entsprechend dieser Anforderung ist man zwar in der Wahl eines für den stationären Gleitring geeigneten Materials vergleichsweise frei, doch bestand bislang die Notwendigkeit, für den rotierenden Gleitring ausschliesslich ein Stahlmaterial wegen dessen ausreichender Duktilität und damit fehlender Sprödbruchneigung zu verwenden. Die rotierenden Gleitringe bekannter Gleitringdichtungen im Flugzeugtriebwerksbau sind daher entsprechend schwer, zumal die im Flugzeugtriebwerksbau zum Einsatz kommenden Gleitringe vergleichsweise grosse Abmessungen haben müssen. Andererseits ist Leichtbau ein wesentliches Gestaltungskriterium im Flugzeugbau schlechthin und im Triebwerksbau speziell, wobei als Anhaltswert gilt, dass eine Gewichtseinsparung bei einem Strahltriebwerk von
einem Kilogramm z.B. 106 EUR Entwicklungskosten erforderlich macht. Angesichts dessen spielen die reinen Materialkosten eine untergeordnete Rolle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Einbusse an Sicherheit, insbesondere gegen Sprödbruch, und unter zumindest Aufrechterhaltung der bisherigen sonstigen Betriebsanforderungen eine wesentliche Gewichtsreduzierung bei Gleitringdichtungen zum Einsatz in Flugzeugstrahltriebwerken zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst und damit ein dringender Bedarf im Flugzeug-Strahtriebswerksbau befriedigt, dass der rotierende Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung zum Einsatz auf diesem Gebiet aus einem ein faserverstärktes Keramikmaterial umfassenden Verbundmaterial gebildet ist. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein Verbundmaterial mit Kohle- oder SiC-Fasern als Verstärkungsfasern, die in einem SiC-Keramikmaterial eingebettet sind. Ein derartiges Verbundmaterial hat eine ausreichende Festigkeit und Duktilität, um unter den im Strahltriebwerksbau herrschenden Betriebsbedingungen, die insbesondere durch hohe Drehgeschwindigkeiten der abzudichtenden Wellen geprägt sind, eine gegenüber Stahlgleitringen gleich gute, wenn nicht sogar bessere Sicherheit gegen Sprödbruch zu gewährleisten. Hinzu kommt ein verbessertes Verschleissverhalten wegen der inherenten Verschleissfestigkeit des SiC-Matrixmaterials der Verbundgleitringe und eine Vereinfachung der Konstruktion einer damit ausgestatteten Gleitringdichtungsanordnung, da auf bei Stahlgleitringen vorzusehende Kühlmassnahmen verzichtet werden kann. Ein primärer Vorteil der erfindungsmässen Verbundgleitringe ist jedoch deren erheblich geringeres Gewicht gegenüber Gleitringen aus einem Stahlmaterial, wodurch erhebliche Entwicklungskosten eingespart werden können. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verbundgleitringes sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Zwar hat man im Automobilbau schon vorgeschlagen, Kohlenfaser-verstärkte SiC-Keramik für Bremsscheiben vorzusehen, doch stand dabei in erster Linie die Temperaturbeständigkeit und Verschleissfestigkeit des Verbundmaterials im Vordergrund. Das Verhalten derartiger Verbundmaterialien unter
hohen Drehgeschwindigkeiten wurde nicht überprüft. Eine erfindungsgemässe gasgeschmierte Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke umfasst wenigstens ein Paar zusammenwirkende Gleitringe, von denen einer zur drehfesten Montage an einem stationären Bauteil, wie dem Treibwerksgehäuse, und der andere zur gemeinsamen Drehung mit einer Triebwerkswelle ausgelegt ist, wobei erfindungsgemäss eine Werkstoffpaarung für die Gleitringe vorgesehen ist, die ein reibungsminimierend wirksames Material, wie ein Kohlenstoffmaterial, für den stationären Gleitring und ein erfindungsgemässes Verbundmaterial für den rotierenden Gleitring umfasst.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen und Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine fotografische Abbildung eines rotierenden Gleitringes gemäss der
Erfindung bei Betrachtung seitens einer seiner Stirnflächen,
Fig. 2 in einer geschnittenen Ansicht eine Gleitringdichtungsanordnung,
ausgestattet mit einem rotierenden Gleitring nach der Erfindung, im Zustand des Einbaus in einem schematisch angedeuteten Strahltriebwerk (Teilansicht).
Zunächst wird nachfolgend auf Fig. 2 Bezug genommen. Die darin gezeigte Gleitringdichtungsanordnung umfasst ein Paar zusammenwirkende Gleitringe 1, 2, von denen der eine Gleitring 1 in der erfindungsgemässen Weise ausgebildet ist, worauf später mit weiteren Details eingegangen wird. Dieser Gleitring 1 ist zur gemeinsamen Drehung mit einer Triebwerkswelle 3 bzw. einer darauf aufgesetzten Buchse 4 vorgesehen. Zur Übertragung der Drehkraft von der Buchse 4 auf den Gleitring 1 ist eine Mitnehmeranordnung 5 vorgesehen, die in Gestalt eines oder mehrerer von der Buchse 4 in dazu ausgerichtete Bohrungen im Gleitring 1 sich erstreckender Mitnehmerstifte ausgebildet sein kann. Andere Mitnehmeranordnungen können
ebenfalls vorgesehen sein. Der Gleitring 1 ist gegenüber der Buchse 4 durch eine geeignete Sekundärdichtung abgedichtet, wie dies bei 6 angedeutet ist.
Der andere Gleitring 2 ist in Bezug auf ein Dichtungsgehäuse 7 drehfest, jedoch axial beweglich gehalten. Eine Vorspanneinrichtung 8 in Gestalt einer oder mehrerer Axialdruckfedern, die sich mit einem Ende am Dichtungsgehäuse 7 und am anderen Ende an einem darin axial beweglich gehaltenen Kraftübertragungsglied 9 abstützen , ist vorgesehen, um den Gleitring 2 gegen den rotierenden Gleitring 1 mit einer axialen Vorspannkraft zu beaufschlagen. Bei 10 ist eine Sekundärdichtung zur Abdichtung des Gleitringes 2 gegenüber dem Dichtungsgehäuse 7 angedeutet. Das Dichtungsgehäuse 7 kann an einem Triebwerksgehäuse 11, wie dies bei 12 angedeutet ist, in geeigneter Weise befestigt, z.B. angeschraubt sein.
Die Gleitringe 1, 2 haben einander zugewandte Gleitflächen 13, 14, zwischen denen bei Betrieb ein Dichtspalt gebildet wird, um einen Bereich aussenumfänglich gegenüber einem Bereich innenumfänglich der Gleitflächen 13, 14 abzudichten. Die Dichtspaltbildung kann durch förderwirksame Strukturen 20 in einer oder beiden Gleitflächen 13, 14, vorzugsweise in der Gleitfläche 13 des rotierenden Gleitringes 1, unterstützt werden. Bezüglich weiterer Details zum Aufbau und zur Wirkung derartiger förderwirksamer Strukturen 20 kann z.B. auf BURGMANN, Gasgeschmierte Gleitringdichtungen, Selbstverlag 1997, Seiten 16 bis 23 verwiesen werden.
Aufgrund der reibungsminimierenden Eigenschaft und der ausreichenden thermischen und mechanischen Beständigkeit bzw. Festigkeit besteht der drehfeste Gleitring vorzugsweise aus einem Kohlenstoffmaterial. Geeignete Kohlenstoffmaterialien sind in BURGMANN, ABC der Gleitringdichtung, Selbstverlag 1988, Seiten 269-270 beschrieben. Andere geeignete reibungsminimierende Materialien können ebenfalls für den drehfesten Gleitring 2 vorgesehen werden.
\. 5
Bei der erfindungsgemässen Gleitringdichtungsanordnung kommt die Gleitringpaarung ohne Einsatz eines Stahlmaterials aus, das bislang wenigstens für den rotierenden Gleitring 1 aus Sicherheitsgründen für erforderlich gehalten wurde. Der rotierende Gleitring 1 besteht vielmehr erfindungsgemäss aus einem metallfreien Verbundmaterial, das aus einem faserverstärkten Keramikmaterial gebildet ist.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des aus dem Verbundmaterial gebildeten rotierenden Gleitringes 1. Der Gleitring 1 hat danach einen vorzugsweise rechteckförmigen Querschnitt mit äusseren und inneren Umfangen 15, 16 und planen vorderen und hinteren Stirnflächen 17, 18, von denen die in Fig. 1 nur die vordere Stirnfläche 17 gezeigt ist. Diese schafft wenigstens teilweise die Gleitfläche 13. In dem Bereich der Stirnfläche 17, der die Gleitfläche 13 schafft, können nach bekannten Techniken, z.B. mittels Laserabtragtechnik, die förderwirksamen Strukturen 20 (nur einige sind gezeigt) umfänglich verteilt eingebracht sein, auf die zuvor schon hingewiesen wurde. Bei einem innen mit dem Medium beaufschlagten Gleitring 1 münden die förderwirksamen Strukturen 20, wie zu sehen ist, am inneren Umfang 16 aus. Bei Aussenbeaufschlagung würden sie am äusseren Umfang 15 ausmünden. In jedem Fall erstrecken sich die förderwirksamen Strukturen 20 vom jeweiligen einen Umfang 15 bzw. 16 in Richtung auf den betreffenden anderen Umfang, um in einem geeigneten Abstand dazu zu enden, so dass ein Dammbereich 21, der frei von förderwirksamen Strukturen 20 ist, verbleibt.
Der Gleitring 1 gemäss der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst in einem Siliciumkarbid(SiC)-Matrixmaterial eingebettete Kohlenstoff-Verstärkungsfasern, die sich durch eine hohe thermische Beständigkeit bei gleichzeitig hoher unidirektionaler Zugfestigkeit auszeichnen, wobei sie eine im Vergleich zum SiC-Matrixmaterial wesentich bessere Duktilität besitzen. Die Duktilität der Kohlefasern wirkt der natürlichen Sprödbruchneigung von SiC wirksam entgegen, indem die überwiegenden mechanischen Beanspruchungen eines mit einem solchem Verbundmaterial ausgestatteten Gleitringes 1 im Wesentlichen von den
Verstärkungsfasern unter Entlastung des SiC-Matrixmaterials aufgenommen werden. Dabei bleibt die hohe Verschleissfestigkeit von SiC praktisch unbeeinträchtigt erhalten.
Die Kohlefasern können in dem SiC-Verbundmaterial in gerichteter oder ungerichteter Form vorgesehen sein.
Im ersteren Fall kann es sich um nach einem bestimmten Muster schichtweise zu einer Rohrform gewickelte Fäden oder Rovings aus Kohlefasern handeln, wobei die Fäden einer Schicht sich mit den Fäden einer benachbarten Schicht kreuzen können, oder es handelt sich um in dem SiC-Verbundmaterial eingebettete vorgefertigte übereinandergeschichtete Gelege oder Gewebe aus gerichteten Kohlefaserfäden, wie dies in Fig. 1 bei 19 zu erkennen ist. Die in Fig. 1 ersichtliche Ausrichtung der Fäden ist nicht zwingend. Es können auch andere geeignete Fadenausrichtungen vorgesehen sein, z.B. eine überwiegend umfängliche Ausrichtung.
Ein aus gerichteten Kohlefasern verstärktes SiC-Verbundmaterial zeichnet sich durch eine besonders hohe mechanische Festigkeit in Faserrichtung aus und wird deshalb bevorzugt für Gleitringe 1 herangezogen, die zum Einsatz bei Gleitringdichtungsanordnungen im Hochdrehzahlbereich eines Strahltriebwerkes vorgesehen sind, wo hohe bis sehr hohe Zentrifugalkräfte auf den Gleitring 1 einwirken können, zumal die radialen Abmessungen der Gleitringe 1 vergleichsweise gross sind und diese z.B. einen mittleren Durchmesser von 150 mm und mehr haben können.
Vorzugsweise kann ferner wenigsten die vordere Stirnfläche 17 des Gleitringes 1, die die Gleitfläche 13 vorsieht, mit einer Deckschicht (nicht gezeigt) aus einem mit Kohlefasern von vergleichsweise kurzer Länge verstärkten SiC-Verbundmaterial bedeckt sein, bei dem die Kohlefasern in ungerichteter Form vorliegen. Die Deckschicht kann eine Schichtdicke zwischen 0,1 und 1,0 mm, vorzugsweise 0,25 und 0,5 mm haben. Die förderwirksamen Strukturen 20 sind in diesem Fall in der Deckschicht eingebracht. Die Deckschicht verhindert ein eventuelles Aufstellen bzw. Ausfransen der
•r '
gerichteten Kohlefasern der aufeinandergeschichteten Gelege an der Stirnfläche 17 des Gleitringes 1. Wenn erwünscht, kann eine derartige Deckschicht auch an der gegenüberliegenden Stirnfläche 18 des Gleitringes 1 vorgesehen werden.
Im Falle eines Gleitringes 1 aus einem mit ungerichteten Fäden aus Kohlefasern verstärkten SiC-Verbundmaterial ist dessen mechanisches Verhalten im Wesentlichen richtungsunabhängig. Die Gleitringe 1 eignen sich daher aufgrund ihrer geringeren mechanischen Festigkeit vornehmlich zum Einsatz im Niederdrehzahlbereich des Strahltriebwerkes, wo geringere Zentralfugalkräfte zur Wirkung kommen. Sofern die Länge der Kohlefasern gleich oder grosser 5 mm ist, vorzugsweise zwischen 15 und 25 mm beträgt, sind für derartige Anwendungen ausreichende mechanische Eigenschaften gewährleistet.
Die Kohlenstoffasern sollten einen Durchmesser kleiner 15 pm, vorzugsweise zwischen 2 und 12 pm haben, da mit geringer werdendem Durchmesser verbesserte mechanische Eigenschaften der Fasern einhergehen.
Ferner sollte der Anteil der Kohlefasern im SiC-Verbundmaterial zwischen 45 und 65, vorzugsweise zwischen 50 und 60 Vol. % betragen.
Es wurde ferner festgestellt, dass anstelle von Kohlefasern auch Siliciumfasem als Verstärkung bei einem Verbundmaterial auf Basis eines SiC-Keramikmaterials verwendet werden können.
Es wurde ein Verbundmaterial aus gerichteten Kohlefasern als Verstärkung und einer SiC-Matrix nach einem bekannten Verfahren hergestellt, indem Gelege aus Kohlefasern mit einer mittleren Länge von 70 mm, ein Pulver aus Kohlenstoff und eine Kohlenstoffharz zu einer pressfähigen Masse geschichtet und die Schichtanordnung
23· &Ogr;?· &ogr;:·;
formverpresst wurde. Anschliessend wurde eine Karbonisierung bei einer Temperatur von ca. 9000C unter Umwandlung des Harzes in Kohlenstoff durchgeführt. Es entstand eine poröse Struktur mit Hohlräumen. In diese wurde flüssiges Silizium eindringen gelassen, das bei Temperaturen von ca. 1500 0C in SiC umgewandelt wurde, wodurch die Kohlefasern in SiC eingebettet wurden. Ein typischer nach diesem Verfahren hergestellter Rohling für den Gleitring 1 hat eine Dichte von 1,45 Kg/dm3, einen Elastizitätsmodul von 53 KN/mm2, eine Zugfestigkeit von 265 KN/mm2 und eine Wärmedehung von 1 &khgr; 10"6 1/K. Der Faseranteil betrug 55 Vol.%. Aus dem so erhaltenen Verbundmaterial wurde ein Gleitring 1 mit folgenden Abmessungen herausgeschnitten: Durchmesser innen: 130 mm, aussen: 170mm, Dicke 13 mm. Die Duktilität des Gleitringes 1 war vergleichbar mit dem eines bekannten Gleitringes aus einem Stahlmaterial. Das Gewicht des Verbundgleitringes betrug nur etwa. 1/5 desjenigen eines Stahlgleitringes.
Falls es erwünscht ist, eine Deckschicht, wie vorbeschrieben, an einer der Stirnflächen 17, 18 des Gleitringes 1 anzuordnen, wird zusätzlich zu dem geschichtete Gelege aus gerichteten Kohlefasern eine dünne Lage aus einem Gemisch aus ungerichteten Kohlefasern, einem Pulver aus Kohlenstoff und einen Kohlenstoffharz an der Stirnflläche angelegt und zusammen mit dem Schichtgelege in der erwähnten Weise weiterbehandelt.
Praxisnahe Tests an einer gasgeschmierten Gleitringdichtungsanordnung mit einem rotierenden Gleitring in Gestalt eines erfindungsgemässen Verbundgleitringes mit förderwirksamen spiralförmig verlaufenden Strukturen in seiner Gleitfläche zeigten über die gesamte ausgedehnte Testdauer keine Sprödbrüche der SiC-Matrix, so dass der Gleitring in Bezug auf seine Sicherheitsfunktion einem solchen aus einem Stahlmaterial wenigstens ebenbürtig ist. Der Verschleiss war jedoch wesentlich geringer, und ferner brauchte keine Kühlung des Verbundgleitringes vorgesehen werden, während die bekannten Stahlgleitringe zur Kühlung von einem Kühlmedium durchströmte Kühlkanäle enthalten müssen.
Claims (19)
1. Zur gemeinsamen Drehung mit einer Triebwerkswelle ausgelegter Gleitring (1) einer Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke, dadurch gekennzeichnet, dass dieser aus einem ein faserverstärktes Keramikmaterial umfassenden Verbundmaterial gebildet ist.
2. Gleitring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsfasern aus einer Kohle- und SiC-Fasern umfassenden Verstärkungsfasergruppe gewählt sind.
3. Gleitring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikmaterial ein SiC-Material umfasst.
4. Gleitring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsfaseranteil des Verbundmaterials zwischen 45 und 65 Vol.%, vorzugsweise zwischen 50 und 60 Vol. % beträgt.
5. Gleitring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial ungerichtete Verstärkungsfasern mit einer Länge grösser 5 mm, vorzugsweise zwischen 15 und 25 mm umfasst.
6. Gleitring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial gerichtete Verstärkungsfasern umfasst.
7. Gleitring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Verstärkungsfasern kleiner 15 µm, vorzugsweise zwischen 2 und 12 µm beträgt.
8. Gleitring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verstärkungsfasergewebe vorgesehen ist.
9. Gleitring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch einen Faserwickelvorgang geschaffene Faserverstärkung vorgesehen ist.
10. Gleitring nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deckschicht aus einem faserverstärkten SiC-Verbundmaterial auf wenigstens einer der gegenüberliegenden Stirnflächen (17, 18) des Gleitringes (1) vorgesehen ist, wobei die Verstärkungsfasern der Deckschicht ungerichtet sind.
11. Gleitring nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Deckschicht zwischen 0,1 und 1,0 mm, vorzugsweise 0,25 und 0,5 mm, beträgt.
12. Gleitring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens in einer der Stirnflächen (17, 18) des Gleitringes (1) bzw. der mit der Deckschicht versehenen Stirnfläche (17) eine Gleitfläche (13) mit darin eingebrachten förderwirksamen Strukturen (20) ausgebildet ist.
13. Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke mit wenigstens einem Paar zusammenwirkender Gleitringe (1, 2), von denen einer zur drehfesten Montage an einem stationären Bauteil und der andere zur gemeinsamen Drehung mit einer Triebwerkswelle ausgelegt ist, gekennzeichnet durch eine Werkstoffpaarung für die Gleitringe (1, 2), die ein reibungsminimierend wirksames Material für den drehfesten Gleitring (2) und ein Verbundmaterial aus einem faserverstärkten Keramikmaterial für den drehenden Gleitring (1) umfasst.
14. Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundmaterial ein Kohle- oder SiC-faser verstärktes SiC- Verbundmaterial ist.
15. Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das reibungsminimierend wirksame Material ein Kohlenstoffmaterial ist.
16. Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass für den Einsatz im Niederdruckbereich des Strahltriebwerkes das Verbundmaterial ungerichtete Verstärkungsfasern mit einer Länge grösser 5 mm, vorzugsweise zwischen 15 und 25 mm umfasst.
17. Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass für den Einsatz im Hochdruckbereich des Strahltriebwerkes das Verbundmaterial gerichtete Verstärkungsfasern umfasst.
18. Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke nach Anspruche 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deckschicht aus einem faserverstärkten SiC- Verbundmaterial auf wenigstens derjenigen der gegenüberliegenden Stirnflächen (17, 18) des drehenden Gleitringes (1) vorgesehen ist, an dem eine Gleitfläche (13) ausgebildet ist, wobei die Verstärkungsfasern der Deckschicht ungerichtet sind.
19. Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass in einer bzw. der Gleitfläche (13) des drehenden Gleitringes (1) förderwirksame Strukturen (20) eingebracht sind.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20311346U DE20311346U1 (de) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | Zur gemeinsamen Drehung mit einer Triebwerkswelle ausgelegter Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke |
| AT04740818T ATE357615T1 (de) | 2003-07-23 | 2004-07-08 | Gleitring und gleitringdichtungsanordnung für strahltriebwerke |
| PCT/EP2004/007524 WO2005015063A1 (de) | 2003-07-23 | 2004-07-08 | Gleitring und gleitringdichtungsanordnung für strahltriebwerke |
| DE502004003293T DE502004003293D1 (de) | 2003-07-23 | 2004-07-08 | Gleitring und gleitringdichtungsanordnung für strahltriebwerke |
| EP04740818A EP1646814B1 (de) | 2003-07-23 | 2004-07-08 | Gleitring und gleitringdichtungsanordnung für strahltriebwerke |
| US10/565,872 US20070120328A1 (en) | 2003-07-23 | 2004-07-08 | Seal ring and mechanical seal device for jet engines |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE20311346U DE20311346U1 (de) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | Zur gemeinsamen Drehung mit einer Triebwerkswelle ausgelegter Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE20311346U1 true DE20311346U1 (de) | 2003-10-02 |
Family
ID=28799295
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE20311346U Expired - Lifetime DE20311346U1 (de) | 2003-07-23 | 2003-07-23 | Zur gemeinsamen Drehung mit einer Triebwerkswelle ausgelegter Gleitring einer Gleitringdichtungsanordnung für Strahltriebwerke |
| DE502004003293T Expired - Fee Related DE502004003293D1 (de) | 2003-07-23 | 2004-07-08 | Gleitring und gleitringdichtungsanordnung für strahltriebwerke |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE502004003293T Expired - Fee Related DE502004003293D1 (de) | 2003-07-23 | 2004-07-08 | Gleitring und gleitringdichtungsanordnung für strahltriebwerke |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20070120328A1 (de) |
| EP (1) | EP1646814B1 (de) |
| AT (1) | ATE357615T1 (de) |
| DE (2) | DE20311346U1 (de) |
| WO (1) | WO2005015063A1 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1947298A2 (de) * | 2007-01-10 | 2008-07-23 | United Technologies Corporation | Schieberdichtungssatz für Gasturbinentriebwerke |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITMC20050120A1 (it) * | 2005-11-15 | 2007-05-16 | Meccanotecnica Umbra Spa | Procedimento per il trattamento superficiale di anelli ceramici di tenuta meccanica per pompe ed anello ottenuto in base a tale procedimento. |
| US8523514B2 (en) * | 2009-11-25 | 2013-09-03 | United Technologies Corporation | Composite slider seal for turbojet penetration |
| US9757920B2 (en) | 2013-03-15 | 2017-09-12 | Rolls-Royce Corporation | Flexible ceramic matrix composite seal |
| WO2014168112A1 (ja) * | 2013-04-09 | 2014-10-16 | イーグル工業株式会社 | 密封摺動部材 |
| US10234036B2 (en) | 2015-01-12 | 2019-03-19 | Rolls-Royce Corporation | Wide differential pressure range air riding carbon seal |
| US9732622B1 (en) * | 2015-06-16 | 2017-08-15 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Self-balancing air riding seal for a turbine |
| DE102021005243A1 (de) | 2021-10-18 | 2023-04-20 | Kaco Gmbh + Co. Kg | Verfahren zur Herstellung von Dichtringen |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3534842C2 (de) | 1985-09-30 | 1987-09-03 | Martin Merkel Gmbh & Co Kg, 2102 Hamburg, De | |
| DE4419243A1 (de) | 1994-06-01 | 1995-12-07 | Kempten Elektroschmelz Gmbh | Gleitwerkstoff aus porösem SiC mit trimodaler Porenzusammensetzung |
| DE19502079A1 (de) | 1995-01-24 | 1996-07-25 | Mtu Muenchen Gmbh | Gleitringdichtung für Turbomaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerke |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3000846A (en) * | 1957-11-19 | 1961-09-19 | Russell Mfg Co | High temperature molded fabric packing gland |
| US4150998A (en) * | 1976-12-09 | 1979-04-24 | General Electric Company | Rotary sealant abradable material and method for making |
| US4341840A (en) * | 1981-03-13 | 1982-07-27 | United Technologies Corporation | Composite bearings, seals and brakes |
| DE3885140T2 (de) * | 1987-04-10 | 1994-03-31 | Hitachi Ltd | Keramischer Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung. |
| US5177039A (en) * | 1990-12-06 | 1993-01-05 | Corning Incorporated | Method for making ceramic matrix composites |
| US5326732A (en) * | 1993-08-26 | 1994-07-05 | Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology | Carbon-silicon carbide composite material and method for the preparation thereof |
| US5934683A (en) * | 1997-07-10 | 1999-08-10 | Roy E. Roth Company | Rotary seal assembly having grooved seal facing |
| JPH11230365A (ja) * | 1998-02-13 | 1999-08-27 | Eagle Ind Co Ltd | 摺動材 |
| DE19834018C1 (de) * | 1998-07-28 | 2000-02-03 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Verfahren zum Erzeugen einer Siliziumkarbid enthaltenden Schutzschicht |
| DE10133635A1 (de) * | 2001-07-11 | 2003-02-06 | Sgl Carbon Ag | Mehrschichtiger Keramik-Verbund |
| DE20212848U1 (de) * | 2002-08-21 | 2002-10-31 | Burgmann Dichtungswerke GmbH & Co. KG, 82515 Wolfratshausen | Gleitringdichtungsanordnung |
-
2003
- 2003-07-23 DE DE20311346U patent/DE20311346U1/de not_active Expired - Lifetime
-
2004
- 2004-07-08 DE DE502004003293T patent/DE502004003293D1/de not_active Expired - Fee Related
- 2004-07-08 AT AT04740818T patent/ATE357615T1/de not_active IP Right Cessation
- 2004-07-08 WO PCT/EP2004/007524 patent/WO2005015063A1/de active IP Right Grant
- 2004-07-08 US US10/565,872 patent/US20070120328A1/en not_active Abandoned
- 2004-07-08 EP EP04740818A patent/EP1646814B1/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3534842C2 (de) | 1985-09-30 | 1987-09-03 | Martin Merkel Gmbh & Co Kg, 2102 Hamburg, De | |
| DE4419243A1 (de) | 1994-06-01 | 1995-12-07 | Kempten Elektroschmelz Gmbh | Gleitwerkstoff aus porösem SiC mit trimodaler Porenzusammensetzung |
| DE19502079A1 (de) | 1995-01-24 | 1996-07-25 | Mtu Muenchen Gmbh | Gleitringdichtung für Turbomaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerke |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1947298A2 (de) * | 2007-01-10 | 2008-07-23 | United Technologies Corporation | Schieberdichtungssatz für Gasturbinentriebwerke |
| EP1947298A3 (de) * | 2007-01-10 | 2012-02-08 | United Technologies Corporation | Schieberdichtungssatz für Gasturbinentriebwerke |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE502004003293D1 (de) | 2007-05-03 |
| EP1646814A1 (de) | 2006-04-19 |
| US20070120328A1 (en) | 2007-05-31 |
| EP1646814B1 (de) | 2007-03-21 |
| WO2005015063A1 (de) | 2005-02-17 |
| ATE357615T1 (de) | 2007-04-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2199546B1 (de) | Fangehäuse mit Berstschutz | |
| EP2737178B1 (de) | Verfahren zum herstellen, reparieren und/oder austauschen eines triebwerkgehäuses, sowie ein entsprechendes gehäuse | |
| DE3040129C2 (de) | ||
| DE4413306C1 (de) | Verfahren zur Verstärkung eines Bauteils und Anwendung des Verfahrens | |
| DE69506074T2 (de) | Faserverstärkte Turbomaschinenschaufel mit integrierter Bürstendichtung und deren Herstellungsweise | |
| DE19909675B4 (de) | Schichtstruktur und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
| DE4119858A1 (de) | Abschirmung gegen projektile | |
| DE602005000185T2 (de) | Turbomaschine mit einem Blockiersystem für die Haupttriebwerkswelle mit Lager-Sollbruchstelle | |
| EP3368237B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines bauteils für eine strömungsmaschine | |
| DE602005000186T2 (de) | Turbomaschine mit einem System zum Schutz der Haupttriebwerkswelle mit Lager-Sollbruchstelle | |
| EP3208428B1 (de) | Dichtungsanordnung aus keramischen faserverbund-werkstoffen | |
| DE102010062087A1 (de) | Strömungsmaschine mit Dichtstruktur zwischen drehenden und ortsfesten Teilen sowie Verfahren zur Herstellung dieser Dichtstruktur | |
| EP1646814B1 (de) | Gleitring und gleitringdichtungsanordnung für strahltriebwerke | |
| DE2318089A1 (de) | Faserverstaerkter rotor | |
| WO2015081363A2 (de) | Gleitlager | |
| DE102015210014B4 (de) | Gehäusestruktur einer Strömungsmaschine mit einem Bauteil mit gerichteter Mikrostruktur | |
| EP0243791B1 (de) | Dichtung zwischen rotierenden Maschinenteilen | |
| DE102009013150B4 (de) | Bauteil zum Einsatz in Heißgasströmungen | |
| DE102017116480A1 (de) | Kolbenring mit kugelgestrahlter Einlaufschicht und Verfahren zur Herstellung | |
| DE10256778A1 (de) | Schwingungsdämpfer | |
| DE2825219A1 (de) | Abschleifbares material aus metall und verfahren zu seiner herstellung | |
| DE3212214C2 (de) | Kolbenring und Verfahren zu dessen Herstellung | |
| EP3070278A2 (de) | Schutzeinrichtung für eine strömungsmaschine | |
| WO2010052052A1 (de) | Rotor für eine strömungsmaschine | |
| EP0985838B1 (de) | Stützlager und Verfahren zu seiner Herstellung |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20031106 |
|
| R163 | Identified publications notified |
Effective date: 20040505 |
|
| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20060810 |
|
| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: BURGMANN INDUSTRIES GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: BURGMANN DICHTUNGSWERKE GMBH & CO. KG, 82515 WOLFRATSHAUSEN, DE Effective date: 20070219 |
|
| R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20100202 |