DE2455195B2 - Bürstenförmige Dichtung zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Maschinenteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine bürstenförmige Dichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Eine Dichtung dieser Art ist bereits aus der US-PS 8 85 032 bekannt. Dabei handelt es sich um eine ringförmige Dichtung zwischen zwei relativ zueinander umlaufenden Teilen, und die Borsten sind als radial verlaufende feine Drähte ausgebildet, die mit Hilfe von Bindedrähten oder dergl. an den Halteringen gehaltert sind.

Abdichtungsprobleme ergeben sich jedoch bei einer solchen Dichtung, wenn die Dichtung bzw. die beiden relativ zueinander beweglichen Maschinenteile, zwischen denen sie angeordnet ist, sehr starken Temperaturänderungen und somit starken Wärmebewegungen ausgesetzt sind, so daß der notwendigerweise zwischen den Borsten der Dichtung und dem damit zusammenwirkenden Dichtungsgegenelement vorzusehende Spalt eine beträchtliche Weite erreichen und damit einen ziemlich großen Leckstrom verursachen kann. Ein weiteres Problem ergibt sich, wenn über der Dichtung ein verhältnismäßig großer Druckunterschied steht, da dann das die Dichtung beaufschlagende Strömungsmittel die Borsten der Dichtung nach der Niederdruckseite hin auszubiegen sucht. Dem kann aber nicht durch zu kurze Ausbildung der Borsten entgegengewirkt werden, da diese eine gewisse Flexibilität haben müssen, damit sie sich, wenn die Borsten der Dichtung am Gegenelement schleifen sollten, elastisch ausbiegen können. Schließlich ergeben sich bei starker Beanspruchung der Dichtung auch aus der mechanischen Halterung der Borsten der bekannten Dichtung Schwierigkeiten, denn die um den Bindedraht herumgebogenen Borsten werden im Betrieb in diesem Biegungsbereich besonders stark beansprucht, wodurch die Gefahr besteht, daß die Borsten brechen und aus der Dichtung herausfallen oder herausgeschleudert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochbeanspruchbare Dichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auch während des Betriebs unterschiedlich große Dichtspalte stets gleich gut abgedichtet werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebene Anordnung der Borsten und deren Halterung gelöst.

Die erfindunescremäße Dichtung bringt den Vorteil daß infolge der schrägen Anordnung der Borsten diese bei gegebener Dichtspaltabmessung eine größere freie Länge und deshalb eine höhere Flexibilität als gerade Borsten haben und daß die Borsten außerdem durch jeweilige Anpassung ihrer Schräglage im Betrieb auftretende Änderungen der Dichtspaltabmessung infolge von Wärmebewegungen der betreffenden Maschinenteile ausgleichen können. Die stoffschlüssige Verbindung der einen Borstenenden mit den beiden

^lu Seitenplatten verhindert eine Konzentration der Borstenbeanspruchung im Befestigungsbereich und folglich die Gefahr des Abbrechens und Ausfallens der Borsten. Da die niederdruckseitige Seitenplatte weiter als die hochdruckseitige Seitenplatte zu dem jeweils anderen Maschinenteil hinragt bewirkt sie eine seitliche Abstützung der Borsten gegen mögliche Ausbiegung durch den Strömungsmitteldruck von der Hochdruckseite her, ohne die Flexibilität der Borsten zu beeinträchtigen.

Aus dem DE-GM 71 34 048 ist es, allerdings nicht bei einer bürstenförmigen Dichtung, sondern vielmehr bei einer Bürstenkupplung, an sich bekannt, Borsten durch Kleben stoifschlüssig mit dem sie tragenden Bauteil zu verbinden und schrägzustellen, jedoch dient die Schrägstellung der Borsten bei dieser Bürstenkupplung dem Eingriff bzw. der Verzahnung der Borsten mit dem Gegenelemsnt in der Antriebsdrehrichtung und der Ermöglichung eines Freilaufs in der Gegenrichtung, was aber keine Lösung der Aufgabe, bei einer bürstenförmigen Dichtung während des Betriebs unterschiedlich große Dichtungsspalte stets gleich gut abzudichten, nahelegen kann.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen

^ beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 die erste Fertigungsstufe einer ringförmigen Bürstendichtung nach der Erfindung, bei welcher die Borsten in einer Haltevorrichtung befestigt sind,
F i g. 2 im Axialhalbschnitt die zweite Fertigungsstufe

■ίο der Bürstendichtung mit an den Borsten angeschweißten Seitenplatten, und

F i g. 3 einen Ausschnitt aus einem Gasturbinentriebwerk mit einer Bürstendichtung nach der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Haltering 1, in welchem eine

⁴^ Vielzahl von Bohrungen 3 gebildet ist, die jeweils nahe ihrem radial inneren Ende eine Abstufung 5 aufweisen.

Die Bohrungen 3 bilden jeweils einen Winkel mit der Radialrichtung.

Die Bohrungen 3 sind so nahe nebeneinander

vt angeordnet, wie es ohne Zerstörung der dazwischenliegenden Wandungen möglich ist, und in jede dieser Bohrungen wird ein Bündel von Metallborsten 6 eingesetzt. Diese Borsten werden mittels eines Bindedrahtes 7 in den Bohrungen gehalten, der jeweils von

^r'^r> radial innen in die betreffende Bohrung 3 hineingeführt, um die Biegung der umgebogenen Borsten des betreffenden Borstenbündels herum und radial einwärts wieder aus der Bohrung 3 heraus und zur nächsten Bohrung geführt ist, so daß alle Borstenbündel

^b() zusammengebunden sind und möglichst tief in die zugehörige Bohrung 3 hineingezogen werden können, bis sie auf der Abstufung 5 aufsitzen.

Jedes Borstenbündel kann beispielsweise aus etwa 140 umgebogenen Drahtabschnitten mit einem Durch-

*>"> messer von etwa 0,075 mm bestehen und demzufolge jeweils etwa 280 Borsten aufweisen. Der Bohrungsdurchmesser beträgt dabei etwa 1,53 mm.

Die so hergestellte Borstenanordnung wäre als

Dichtung noch nicht geeignet, da die einzelnen Borstenbündel im Bereich des Halterings 1 jeweils durch die Wanddicke zwischen den einzelnen Bohrungen 3 voneinander getrennt sind und dadurch kleine Zwischenräume zwischen sich bilder- An ihren freien Enden dringen die Borstenbündel jedoch etwas gegenseitig ineinander ein und liegen ohne gegenseitigen Abstand aneinander an. Aus diesem äußeren Teil der Borstenanordnung wird daher die Bürstendichtung gefertigt, i.Alem beiderseits der durch die Borstenanordnung gebildeten Bürste gemäß F i g. 2 Seitenplatten 8a und 8b angeordnet werden, welche die äußeren Borstenenden zwischen sich einspannen, und die Borstenenden werden mit den beiden Seitenplatten bei 12 verschweißt Danach werden die Borsten entlang der in Fig.2 eingezeichneten strichpunktierten Linie 10 abgetrennt, wonach die Seitenplatten 8a und 8b mit den damit verschweißten und mit der gewünschten Länge abgetrennten äußeren Borstenenden die fertige Bürstendichtung bilden, während die abgetrennten inneren Borstenenden in dem nur als Montagehilfe dienenden Haltering 1 zurückbleiben.

Bei der eben beschriebenen fertiggestellten Bürstendichtung ragen die Borsten radial nach innen; jedoch kann in analoger Weise auch eine Bürstendichtung mit radial nach außen ragenden Borsten hergestellt werden.

Anstelle von Metallborsten können auch nich tmetallische Borsten Anwendung finden, und anstelle ringförmig kann die Dichtung auch gerade sein.

Das Verschweißen der Borstenenden mit den Seitenplatten erfolgt mit Hilfe eines Elektronenstrahls, der die Borstenenden und die Seitenplattenränder zu der Schweißnaht 12 verschmilzt; jedoch kann die stoffschlüssige Verbindung der Borsten mit den Seifsnpiatten auch beispielsweise durch Hartlöten oder Diffusionsbindung erfolgen.

Um eine seitliche Ausbiegung der Borsten durch den im Betrieb über der Dichtung stehenden Druckunterschied zu verhindern, weist eine der beiden Seitenplatten, nämlich beispielsweise die Seitenplatte 8a, eine

ίο größere Radialausdehnung als die andere Seitenplatte auf, d. h. mit anderen Worten, sie ragt weiter zu dem mit der Bürstendichtung zusammenwirkenden Gegenelement hin als die andere Seitenplatte.

Eine typische Anwendung der Bürstendichtung ist in

F13.3 gezeigt, welche einen Ausschnitt aus einem Verdichter eines Gasturbinentriebwerks mit einem zwischen zwei Statorstufer, 20 angeordneten Laufrad 18 zeigt Eine Bürstendichtung 25 ist dabei an einem Flansch 21 der einen Statorstufe 20 befestigt und wirkt

mit einem Ringansatz 24 der Laufradscheibe 19 zusammen und verhindert so den Austritt von verdichteter Luft durch den Spalt zwischen dem umlaufenden Laufrad 18 und der feststehenden Statorstufe 20.

Findet die Bürstendichtung zwischen zwei relativ zueinander umlaufenden Maschinenteilen Anwendung, wird die Dichtung am stillstehenden Maschinenteil angeordnet, um Fliehkraftwirkungen auf die Borsten der Dichtung zu vermeiden, welche die Dichtwirkung

beeinträchtigen könnten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Bürstenförmige Dichtung zur Abdichtung eines einem unter Druck stehenden Strömungsmittel ausgesetzten Spalts zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Maschinenteilen, bestehend aus einer Anordnung dicht gepackter, zwischen zwei seitlichen Halteplatten an einem der beiden Maschinenteile gehaltener und sich durch den Spalt hindurcherstreckender Borsten, dadurch gekennzeichnet, daß die mit ihren einen Enden stoffschlüssig mit den beiden Seitenplatten (8) verbundenen Borsten (6) in der Ebene der Dichtung schräg von den Seitenplatten wegragen und daß die auf der Niederdruckseite der Dichtung befindliche Seitenplatte so angeordnet ist daß sie weiter als die hochdruckssitige Seitenplatte zu dem anderen Maschinenteil hinragt