DE2462726C3 - Verfahren zur Herstellung einer Bürstendichtung zwischen relativ zueinander umlaufenden Maschinenteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer als ringförmige Bürste mit einer Vielzahl dicht gepackter Borsten ausgebildeten Dichtung zwischen zwei relativ zueinander umlaufenden Maschinenteilen.

Bei Dichtungen zwischen relativ zueinander umlaufenden Maschinenteilen, insbesondere von Strömungsmaschinen, besteht stets die Gefahr, daß sich die beiden Maschinenteile einander zu stark annähern, so daß starke Reibung zwischen den beiden einander zugewandten Elementen einer Dichtung zwischen diesen beiden Maschinenteilen auftreten kann.

Aus der US-PS 8 85 032 ist es bei-eits bekannt, zwischen relativ zueinander umlaufenden Maschinenteilen von Turbinen mit elastischem Treibmittel eine Bürstendichtung zu verwenden, um einerseits eine möglichst gute Dichtwirkung zu erzielen und andererseits im Falte eines Schleif ens der am jeweils einen Maschinenteil angeordneten Bürstendichtung am jeweils anderen Maschinenteil auftretende mechanische Beschädigungen zu vermeiden. Bei der bekannten Bürstendichtung sind die durch feine Drähte gebildeten Borsten mit Hilfe von Bindedrähten an dem jeweils betreffenden Maschinenteil befestigt. Dies hat aber den Nachteil, daß die Borsten, die jeweils um den Bindedraht herumgebogen sind, im Betrieb in dem um den jeweiligen Bindedraht herumgebogenen Teil besonders hoch beansprucht sind und deshalb dazu neigen, abzubrechen und aus der Bürstendichtung herauszufallen. Dies muß insbesondere in einem Gasturbinentriebwerk befürchtet werden, in welchem Drücke und Temperaturen sich bei sich ändernden Betriebszuständen ebenfalls stark ändern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Bürstendichtung der eingangs genannten Art zu finden, das eine zuverlässige und sichere Halterung der Borsten auch bei extremen Betriebsbedingungen gewährleistet. ^

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch das im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Herstellungsverfahren gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen in ihren Einzelheiten beispielsweise beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den ersten Herstellungsschritt einer Bürstendichtung, bei welchem die Borsten in einer Haltevorrichtung befestigt werden,

Fi g. 2 die in F i g. 1 dargestellte Anordnung nach dem Einspannen der freien Borstenenden zwischen Halteringe,

Fig.3 einen Querschnitt durch die in Fig.2 dargestellte Anordnung, und

F i g. 4 einen Ausschnitt eines Gasturbinentriebwerks mit einer nach der Erfindung hergestellten Bürstendichtung.

In F i g. 1 ist eine ringförmige Haltevorrichtung 1 dargestellt, die eine Vielzahl von Bohrungen 3 aufweist, die an ihren radial inneren Enden bei 5 abgestuft sind. Im linken Teil der Fig. 1 sind die Bohrungen radial verlaufend dargestellt, während der rechte Teil der F i g. 1 eine alternative Möglichkeit zeigt, bei welcher die Bohrungen 3 jeweils einen Winkel mit der Radialrichtung bilden.

Die Bohrungen 3 werden so nahe nebeneinander angeordnet, wie es ohne Zerstörung der dazwischenliegenden Wandungen möglich ist, und in jede dieser Bohrungen wird ein Bündel von Metallborsten 6 eingesetzt Die Borsten sind normalerweise gerade Stücke eines dünnen Drahtes, dessen Durchmesser kleiner als 0,13 mm ist, und es werden so viele Borsten wie möglich in jede Bohrung eingesetzt.

Die Borsten werden mittels eines Bindedrahtes 7 in den Bohrungen befestigt. Als Bindedraht dient ein Kupferdraht mit kleinem Durchmesser, der jeweils nach oben in eine Bohrung hinein, um den Mittelteil des umgebogenen Borstenbündels herum und wieder durch die gleiche Bohrung nach unten und zur nächsten Bohrung geführt ist, so daß alle Borstenbündel zusammengebunden sind und so weit in die jeweilige Bohrung 3 hineingezogen werden können, daß sie auf der Abstufung 5 aufsitzen.

Die Anzahl der aus den Bohrungen herausragenden Borsten soll so groß wie möglich sein und es können in jede Bohrung 3 beispielsweise 140 ungebogene Drahtabschnitte mit einem Durchmesser von 0,075 mm eingesetzt werden, so daß also aus jeder Bohrung 280 Borsten herausragen. Der Bohrungsdurchmesser beträgt in diesem Fall 1,53 mm und die axiale Dicke des hergestellten Borstenbündels etwa 2,5 mm.

An ihren freien Enden verlaufen die Borsten nicht ganz parallel, sondern sie liegen derart aneinander an, daß kein Abstand zwischen den benachbarten Borstenbündeln mehr verbleibt, wie es unmittelbar an der Haltevorrichtung 1 der Fall ist.

Danach werden gemäß F i g. 2 zwei Halteringe 8 beiderseits der so gebildeten Bürste angeordnet und die radial äußeren Borstenenden werden zwischen diesen Halteringen eingespannt und mit diesen verschweißt, so daß eine unlösbare Verbindung entsteht. Die Haltevorrichtung t und die darin zusammengebundenen Borstenenden werden dann beispielsweise entlang der gestrichelten Linie 10 in F i g. 2 abgetrennt, so daß die von den Halteringen 8 abstehenden Borsten die gewünschte Länge haben.

Beträgt die ursprüngliche Länge der Borsten beispielsweise 18,5 mm, so sind die Borsten an ihren von der Haltevorrichtung entfernten Enden ausreichend

kompakt und genügend miteinander verflochten, um sie im letzten Herstellungsschritt auf eine Länge von etwa 6 mm abschneiden zu können. Die Länge der Borsten ermöglicht dann noch eine ausreichende Biegsamkeit und die Borsten können trotzdem straff zusammengehalten werden.

Das oben beschriebene Herstellungsverfahren ergibt eine Bürstendichtung mit radial einwärtsragenden Borsten, jedoch kann dieses Verfahren selbstverständlich auch .?air Herstellung einer Bürste mit radial auswärtsragenden Borsten Anwendung finden. In diesem Falle wird die anfängliche Bürste mit radial einwärtsragenden Borsten hergestellt und die radial inneren Borstenenden werden zwischen die Halteringe eingespannt und mit diesen verschweißt

Die Verbindung der Borsten mit den Halteringen erfolgt vorzugsweise durch Schweißen. Ein bevorzugtes Verfahren ist die Anwendung eines Elektronenstrahls, der auf den äußeren Umfang der Borüen und der Halteringe gerichtet wird. Dadurch werden die äußeren Borstenspitzen und die Ringe miteinander zu einer Schweißnaht 12 verschmolzen, welche die Borsten und die Ringe einteilig miteinander verbindet Selbstverständlich sind auch andere Verbindungsverfahren anwendbar, beispielsweise Hartlöten oder Diffusionsbindung.

Um die Verbindung der Borsten mit den Halteringen 8 zu erleichtern, bestehen Borsten und Halteringe vorzugsweise aus dem gleichen Werkstoff, im Falle von Gasturbinentriebwerken beispielsweise aus rostfreiem StahL Bei Hochtemperaturdichtungen kann eine Nickelbasislegierung Anwendung finden.

Die Borsten brauchen nicht aus Metall zu bestehen, sondern die Erfindung ist auch bei nichtmetallischen Borsten anwendbar.

Eine typische Anwendung der erfindungsgemäßen Dichtung ist in F i g. 4 gezeigt, welche zwei Statorstufen 20 eines Verdichters eines Gasturbinentriebwerks und eine dazwischenliegende Rotorstufe zeigt Die Rotorstufe weist eine Rotorscheibe 19 mit einer Vielzahl von darauf montierten Laufschaufeln 18 auf. An einem Flansch 21 einer der Statorstufen 20 ist ein Dichtungselement 25 in Form einer nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Bürstendichtung angeordnet, das zusammen mit einem Flansch 24 eine Dichtung bildet, welche den Durchtritt von Luft zwischen der umlaufenden Rotorstufe und der Statorkonstruktion vermindert

Um die Ausbiegefähigkeit der Borsten im Falle eines Schleifens der Bürstendichtung zu verbessern, können die Borsten in Drehrichtung des Flansches 24 abgewinkelt sein, indem die auf der rechten Seite der F i g. 1 dargestellte alternative Konstruktion Anwendung findet.

Einer der Halteringe 8 kann eine größere radiale Ausdehnung als der jeweils andere haben (siehe beispielsweise F i g. 4), um eine seitliche Ausbiegung der Borsten infolge eines über der Dichtung stehenden Differenzdruckes zu verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer als ringförmige Bürste mit einer Vielzahl dicht gepackter Borsten ausgebildeten Dichtung zwischen zwei relativ zueinander umlaufenden Maschinenteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten dicht gepackt an einer Haltevorrichtung befestigt werden, daß danach die Enden der von der Haltevorrichtung abstehenden Borsten zwischen zwei Halteringen eingespannt und die Borsten unlösbar mit diesen verbunden werden und daß anschließend die Haltevorrichtung mit den daran befestigten Borstenenden von den mit den Halteringen verbundenen Borsten abgetrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Metall bestehenden Borsten durch Schweißen, Hartlöten oder Diffusionsbindung mit den ebenfalls aus Metall bestehenden Halteringen verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten unter einem Winkel zur Haltevorrichtungsoberfläche in die Haltevorrichtung eingesetzt werden.