DE3836956A1

DE3836956A1 - Device for sealing spaces which are acted on by media such as liquids and/or gases at different pressures, in particular between shafts in turbo engines

Info

Publication number: DE3836956A1
Application number: DE19883836956
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Weiler; Herbert Merz
Original assignee: MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH
Priority date: 1988-10-29
Filing date: 1988-10-29
Publication date: 1990-05-03

Abstract

A device for sealing spaces which are acted on by media, such as liquids and/or gases, at different pressures, in particular between shafts in turbo engines rotating at different speeds and/or different directions of rotation is disclosed, having a sealing element which is anchored to a cylindrical bearing means as secondary seal and forms a radial gap in relation to a shaft as primary seal; the sealing element is intended to consist essentially of an elastomer which provides suspension and damping and is to be anchored to the bearing means with respect to the dimensioning of the radial gaps such that a bearing gap forms the primary seal in the manner of an air-cushion bearing by way of the differential pressure between the two spaces.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Abdichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for sealing according to the preamble of claim 1.

In der Praxis bereitet es Schwierigkeiten, Dichtungen der genann ten Art berührungsfrei arbeiten zu lassen und zugleich mit ver hältnismäßig geringer axialer Baulänge, insbesondere aber verhält nismäßig geringer radialer Einbauhöhe ausbilden zu können. Dies gilt insbesondere für Dichtstellen zwischen mit unterschiedlichen Drehzahlen und/oder Drehrichtungen um eine gemeinsame Achse rotie rende Rotorbauteile bzw. betreffende Wellensysteme, für die ein vergleichsweise geringer Wellendurchmesser zugrundegelegt ist.In practice, it is difficult to seal the so-called ten way to work without contact and at the same time with ver relatively small axial length, but especially behaves to be able to form a low radial installation height. This applies in particular to sealing points between with different Rotate speeds and / or directions of rotation about a common axis Render rotor components or relevant shaft systems for which a comparatively small shaft diameter is the basis.

Für Dichtaufgaben der eingangs genannten Art werden z. B. allge mein hinlänglich bekannte Labyrinthdichtungen eingesetzt. Neben einer vergleichsweise kostenintensiven Herstellungsweise ist es ein weiterer Nachteil dieser Labyrinthdichtungen, daß sie einen vergleichsweise großen Leckfluß produzieren, der wiederum nur durch vergleichsweise extrem große Längenerstreckungen und Viel falt der Labyrinthe einigermaßen zufriedenstellend kompensiert werden kann. Anderweitige bekannte Dichtungstypen, z. B. Bürsten dichtungen oder Spaltdichtungen, versagen unter anderem durch im Betrieb auftretende Fliehkraftdeformationen, z. B. bei der Bür stendichtung als Folge der Deformation der Borsten, die mit be treffenden freien Enden eine zugehörige Welle bzw. einen Wellenab schnitt abdichtend tangieren sollen; z. B. bei der genannten Bür stendichtung mit gegen die Welle gerichteten Borstenenden ergibt sich ein Abrieb betreffender Anlaufbeläge auf der Welle; ferner sind beim Betrieb Zerstörungen der Dichtringe infolge von Unwucht kräften nicht auszuschließen, was sowohl für die hinlänglich be kannten Spaltdichtungen gilt wie aber auch schon für vorgeschlage ne Dichtungskonzepte, bei denen eine Bürstendichtung in Kombina tion mit einem Innenring als gleitendem Dichtungsring ausgeführt sein soll. Insbesondere auch zuletzt genanntes Dichtungskonzept ist praktisch nur dann realisierbar, wenn eine vergleichsweise große radiale Einbauhöhe zugrundegelegt werden kann.For sealing tasks of the type mentioned are z. B. general my well-known labyrinth seals used. Next it is a comparatively expensive manufacturing method Another disadvantage of these labyrinth seals is that they have one produce comparatively large leakage flow, which in turn only due to comparatively extremely large lengths and a lot the labyrinth folds is compensated to a somewhat satisfactory degree can be. Other known types of seals, e.g. B. brushing Seals or gap seals, fail among other things due to the Operation occurring centrifugal deformations, e.g. B. at the office end seal as a result of the deformation of the bristles associated with be free ends meeting an associated shaft or a shaft cut should touch sealingly; e.g. B. in the said office end seal with bristle ends directed against the shaft abrasion-related run-up pads on the shaft; further are destruction of the sealing rings during operation due to imbalance forces cannot be excluded, which is sufficient for both Known gap seals also applies to suggested ones ne sealing concepts in which a brush seal in Kombina tion with an inner ring as a sliding sealing ring should be. Especially the last mentioned sealing concept is practically only feasible if a comparative large radial installation height can be taken as a basis.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einer Einrichtung nach der eingangs genannten Art anzugeben, die im Hinblick auf verhält nismäßig geringe zur Verfügung stehende Einbauvolumina, insbeson dere in Radialrichtung (Einbauhöhe), vorteilhaft einsetzbar ist und dabei bezüglich betriebsbedingter Einflüsse (Unwuchten und Fliehkräfte) weder wellen- noch dichtringseitig nennenswerten Verschleiß und Materialabrieb hervorruft.The invention has for its object a device of the type mentioned at the outset, which behaves with regard to available installation volumes, in particular low in the radial direction (installation height), can be used advantageously and with regard to operational influences (unbalance and Centrifugal forces) neither on the shaft side nor on the sealing ring side Wear and material abrasion.

Die gestellte Aufgabe ist mit den Merkmalen des Kennzeichnungs teils des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.The task is with the characteristics of the labeling partially solved according to the invention.

Die erfindungsgemäße Einrichtung schließt unter anderem folgende wesentliche vorteilhaften Merkmale ein: The device according to the invention includes the following, among others essential advantageous features:

- weitestgehend Berührungsfreiheit zwischen Rotor und Gehäuse (Stator) bzw. zwischen koaxial angeordneten Rotorsystemen bzw. Wellen;- Largely free contact between rotor and housing (Stator) or between coaxially arranged rotor systems or Waves;
- Drehrichtungsunabhängigkeit;- independence of direction of rotation;
- Montagefreundlichkeit;- Ease of installation;
- Einsatzfähigkeit im Hinblick auf extrem geringe zur Verfügung stehende Einbauvolumina, insbesondere in Radialrichtung, zwischen Wellensystemen mit vergleichsweise geringen Durchme sern;- Operability with regard to extremely low availability standing installation volumes, especially in the radial direction, between shaft systems with comparatively small diameters serious;
- vergleichsweise geringe Herstellkosten;- comparatively low manufacturing costs;
- praktisch kein sekundärer Dichtungsleckfluß vorhanden.- practically no secondary seal leakage flow.

Die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung stellt also im Grunde eine radiale Spaltdichtung dar; im Bereich der Dichtstelle kann dabei also konzentrisch zur betreffenden Welle ein Dichtring bzw. der Innenring so angeordnet sein, daß zwischen Welle und Dichtring der radiale Spalt entsteht, dessen Spaltweite in der bei Luftla gern üblichen Größenordnung angesiedelt ist. Daraus resultiert, daß der Dichtring bzw. Innenring als Teil des Elastomers (Dichtungskörpers) - wie bei einem Luftlager statischen und dyna mischen Wellenachsversetzungen bzw. Auswanderungen gegenüber der Wellenachsen, folgt. Es ist dabei also der Innenring bzw. der eigentliche Dichtring seinerseits über einen z. B. konzentrischen Ring aus einem Elastomer mit dem Dichtungsgehäuse bzw. dem ring förmigen äußeren Tragmittel des Dichtungskörpers verbunden, und zwar so, daß axiale, radiale und Umfangskräfte vom Dichtring bzw. Innenring aus auf das Dichtungsgehäuse bzw. das äußere haubenarti ge, kreiszylindrische Tragmittel übertragen werden können. The sealing device according to the invention thus basically represents a radial gap seal; in the area of the sealing point, a sealing ring or the inner ring can thus be arranged concentrically with the shaft in question so that the radial gap is formed between the shaft and the sealing ring, the gap width of which is usually in the order of magnitude common in Luftla. The result is that the sealing ring or inner ring as part of the elastomer (sealing body) - as with an air bearing static and dynamic shaft axis dislocations or emigration to the shaft axes follows. It is therefore the inner ring or the actual sealing ring in turn via a z. B. concentric ring made of an elastomer with the seal housing or the ring-shaped outer support means of the sealing body, in such a way that axial, radial and circumferential forces from the sealing ring or inner ring from the seal housing or the outer haubenarti ge, circular cylindrical support means can be.

Die erfindungsgemäße Dichtung eignet sich sowohl zum Einsatz als Dichtung zwischen einem Stator und einem Rotor bzw. einer Welle wie aber auch als Zwischenwellendichtung; dabei rotiert die be treffende innere Welle mit einer ihr eigenen Drehzahl, während z. B. der betreffende Dichtring bzw. Innenring, der Elastomerring und das Dichtungsgehäuse bzw. das äußere Tragmittel des Dichtungs körpers zusammen mit der ihnen zugewiesenen Drehzahl rotieren können. Es arbeitet dabei also der Dichtring bzw. Innenring in Verbindung mit der Innenwelle als Luftlager, wodurch im Rahmen der Gesetzmäßigkeiten des Luftlagers Berührungsfreiheit zwischen inne rer Welle und Dichtring bzw. innerem Ring gegeben ist. Der Elasto merring bzw. Elastomer wirkt als radiales Feder-Dämpfer-System und liefert die erforderliche Rückstellkraft bei radialen und auch axialen Auslenkungen des Dichtringes bzw. Innenringes, die z. B. aus der Unwucht des Dichtringes selbst oder aus dem Betrieb der Dichtung bei exzentrischen Wellenachsverschiebungen der beiden Rotorsysteme resultieren. Die elastischen Eigenschaften des Werk stoffs für den Elastomerring sind daher entsprechend den Erforder nissen der Dichtstelle jeweils individuell zu wählen.The seal according to the invention is suitable both for use as Seal between a stator and a rotor or a shaft but also as an intermediate shaft seal; the be rotates hitting inner shaft at its own speed while e.g. B. the relevant sealing ring or inner ring, the elastomer ring and the seal housing or the outer support means of the seal body together with the speed assigned to them can. So the sealing ring or inner ring works in Connection with the inner shaft as an air bearing, whereby within the Laws of the air bearing No contact between inside rer shaft and sealing ring or inner ring is given. The elasto merring or elastomer acts as a radial spring-damper system and provides the necessary restoring force for radial and also axial deflections of the sealing ring or inner ring, the z. B. from the unbalance of the sealing ring itself or from the operation of the Seal for eccentric shaft axis displacements of the two Rotor systems result. The elastic properties of the work material for the elastomer ring are therefore according to the requirements to choose the sealing point individually.

Im Falle der Ausführung als Dichtung zwischen einer Welle und einem stehenden Gehäuse ist der Aufbau und die Wirkungsweise der Dichtung grundsätzlich dieselbe.In the case of a seal between a shaft and a standing case is the structure and operation of the Seal basically the same.

Da der Werkstoff für den Elastomer bzw. Elastomerring auch im Falle eines verschäumten Werkstoffs als konsistent anzusehen ist, besitzt diese Dichtungseinrichtung gemäß der Erfindung nur eine einzige Leckage, nämlich diejenige durch den betreffenden Ring spalt, der als luftlagerartiger Tragspalt ausgebildet sein soll. Since the material for the elastomer or elastomer ring also in In the case of a foamed material is to be regarded as consistent, this sealing device according to the invention has only one only leakage, namely that through the ring in question gap that should be designed as an air bearing-like supporting gap.

Im Rahmen der eingangs schon dargetanen vorteilhaften Eigenschaf ten läßt sich zudem also eine Dichtungseinrichtung schaffen, deren radiale Einbauhöhe derjenigen einer Labyrinthdichtung ähnlich ist, bzw. die radiale Einbauhöhe einer Labyrinthdichtung praktisch kaum übersteigt.Within the framework of the advantageous properties already outlined at the beginning ten can also create a sealing device whose radial installation height is similar to that of a labyrinth seal, or the radial installation height of a labyrinth seal practically hardly exceeds.

Anhand der Zeichnungen ist Erfindung beispielsweise weiter erläu tert; es zeigen:Based on the drawings, the invention is further explained, for example tert; show it:

Fig. 1 eine obere als Mittellängsschnitt dargestellte Hälfte der Einrichtung in einer ersten Ausführungsform mit Außen- und Innenring beinhaltendem elastomeren Dichtungskörper als Stator- Rotor-Dichtung unter gestrichtelter zusätzlicher Verdeutlichung einer Rotor-Rotor-Dichtungsalternative, Fig. 1 is a top half shown as a central longitudinal section of the device in a first embodiment with outer and inner ring beinhaltendem elastomeric seal body as stator-rotor under seal for dashed parent additional illustrate a rotor-rotor seal Alternative,

Fig. 2 eine als Klappschnitt gemäß A-A der Fig. 3 gesehene zweite Ausführungsform der Einrichtung, insbesondere unter Ver deutlichung der Anordnung und Ausbildung eines mit Sack löchern versehenen Elastomers, Fig. 2 is a sectional holes as folding along AA of Fig. 3 viewed second embodiment of the device, in particular under Ver the arrangement and construction of a deutlichung with sack provided Elastomers,

Fig. 3 einen seitlich teilweise abgebrochenen Querschnitt der Einrichtung nach Fig. 2, Fig. 3 is a side partially broken cross section of the device according to Fig. 2,

Fig. 4 eine als Mittellängsschnitt dargestellte dritte Ausfüh rungsform der Einrichtung, insbesondere unter Verdeutli chung der Anordnung und Ausbildung als O-Ringe ausgebilde ter Elastomere und Fig. 4 is a third longitudinal section shown as a Ausfüh approximate shape of the device, in particular clarifying the arrangement and training as O-rings trained ter elastomers and

Fig. 5 eine als Mittellängsschnitt dargestellte Variante der Einrichtung nach Fig. 4, wonach eine vergleichsweise ge genüber Fig. 4 hinsichtlich Federung und Dämpfung "weichere" Charakteristik bzw. "weichere Lagerung" aus Querschnitts- und Abstandsvergrößerung der betreffenden O-Ringe als Elastomere verkörpert wird. Fig. 5 shows a variant of the device according to FIG. 4, shown as a central longitudinal section, according to which a comparatively ge compared to FIG. 4 embodies "softer" characteristics or "softer mounting" from the cross-sectional and distance enlargement of the relevant O-rings as elastomers with regard to suspension and damping becomes.

Fig. 1 behandelt eine Grundausführung der Erfindung, wonach die Dichtungseinrichtung zur Abdichtung zweier Räume R 1 bzw. R 2 vorge sehen sein soll. Für die Funktion des Dichtungstyps nach Fig. 1 wie aber auch für die übrigen Varianten nach Fig. 2 bis 5 gilt die Gesetzmäßigkeit, daß es sich um eine Differenzdruckdichtung zwi schen den beiden Räumen R 1 und R 2 handelt, wonach also z. B. der Druck P 1 im Raum R 1 stets größer zu veranschlagen ist als der Druck P 2 im Raum R 2 (P 1 < P 2). Gemäß Fig. 1 ist also an einem gehäuseartigen, zylindrischen Tragmittel 1 ein die Sekundärdich tung ausbildender Dichtungskörper 2 verankert, der gegenüber einer Welle 3 einen Ringspalt 4 als Primärdichtung ausbildet. Dabei besteht der Dichtungskörper 2 im wesentlichen aus einem Federung und Dämpfung bereitstellenden Elastomer 5, wobei der Dichtungskör per 2 hinsichtlich der Bemessung des Radialspalts 4 derart am gehäuseartigen Tragmittel 1 verankert ist, das im Wege des Diffe renzdrucks P 1 < P 2 zwischen beiden Räumen R 1, R 2 ein luftlagerar tiger Tragspalt die Primärdichtung im Betrieb ausbildet. Gemäß Fig. 1 besteht der Dichtungskörper 2 aus einem zwischen einem im wesentlichen formsteifen Außenring 6 und einem im wesentlichen formsteifen Innenring 7 eingebetteten Elastomerring 5, wobei der Außenring 6 am gehäuseartigen Tragmittel 1 festgelegt ist und der Innenring 7 bzw. Dichtring die schon genannte Primärdichtung (radialer Dichtspalt 4) gegenüber der Welle 3 ausbildet. Dabei kann ferner gemäß Fig. 1 der Außenring 6 im Wege eines im äußeren gehäuseartigen Tragmittel verankerten Spannringes S gegenüber einer vorderen, stirnseitigen Tragschulter an diesem Tragmittel 1 verankert sein. Mit anderen Worten ist also in Fig. 1 der gesamte Dichtungskörper 2 über den Außenring 6 am Tragmittel 1 festgelegt. Fig. 1 deals with a basic embodiment of the invention, according to which the sealing device for sealing two spaces R 1 and R 2 should be seen easily. For the function of the seal type according to FIG. 1 as well as for the other variants according to FIGS. 2 to 5, the law applies that there is a differential pressure seal between the two spaces R 1 and R 2 , so that, for. B. the pressure P 1 in the room R 1 is always to be estimated greater than the pressure P 2 in the room R 2 (P 1 < P 2 ). Referring to FIG. 1 that is, a secondary log is tung Training Direction seal body 2 anchored to a housing-like, cylindrical support means 1, which forms with respect to a shaft 3 an annular gap 4 as a primary seal. 2 where there is the sealing body consists essentially of a suspension and damping-providing elastomer 5, wherein the Dichtungskör the design of the radial gap is 4 so anchored to the housing-like support means 1 in respect by 2, by way of Diffe Renz pressure P 1 <P 2 between the two rooms R 1 , R 2 an air bearing-like support gap forms the primary seal in operation. According to Fig. 1 2, the gasket body consists of a between a substantially dimensionally stable outer ring 6 and a substantially dimensionally rigid inner ring 7 embedded elastomeric ring 5, the outer ring 6 is fixed on the housing-like support means 1 and the inner ring 7 and seal the already mentioned primary seal ( radial sealing gap 4 ) with respect to the shaft 3 . In this case 1 may further shown in FIG. 6, the outer ring by means of an anchored in the outer housing-like support means clamping ring S forward towards one end-side support shoulder be anchored to this support means 1. In other words, in FIG. 1 the entire sealing body 2 is fixed on the suspension element 1 via the outer ring 6 .

In geeigneter und nicht weiter dargestellter Weise kann das kreis zylindrische gehäuseartige Tragmittel 1 Bestandteil des Stators einer betreffenden Strömungsmaschine sein bzw. kann das Tragmittel 1 in geeigneter Weise mit dem Stator der Maschine verknüpft sein.In a suitable manner not shown, and the circular cylindrical casing-like support means may be 1 part of the stator of a flow machine in question and the support means 1 of the machine may be associated in a suitable manner with the stator.

U kennzeichnet in Fig. 1 eine weitere Alternative als äußere Umrißkontur einer äußeren Wellensektion, die koaxial zur Achse Az der inneren Welle 3 angeordnet ist. Mit anderen Worten ist letzteres also eine Alternative der Erfindung als Zwischenwel lendichtung. Der betreffende äußere Wellenabschnitt U wäre in diesem Falle also derart auszusparen, und zwar entlang der Linie L, daß er zur Aufnahme des betreffenden äußeren Ringes 6 geeignet wäre. U denotes a further alternative in FIG. 1 as an outer contour of an outer shaft section which is arranged coaxially to the axis Az of the inner shaft 3 . In other words, the latter is an alternative to the invention as an intermediate seal. The relevant outer shaft section U would thus be omitted in this case, specifically along the line L , that it would be suitable for receiving the outer ring 6 in question.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und Fig. 3 ist davon auszuge hen, daß das äußere kreiszylindrische Tragmittel 1′ der Dichtung zugleich die zuvor zu Fig. 1 erwähnte Funktion des dort genannten Außenringes 6 mitübernimmt. In Fig. 2 und 3 stellt also das äußere Tragmittel 1′ einen im wesentlichen kreiszylindrischen Haubenkör per dar. Gemäß Fig. 2 und 3 ist ferner zwischen dem betreffenden Innenring 7′ und dem äußeren zylindrischen Tragmittel 1′ ein Ela stomerring 5′ angeordnet, der mehrere gleichförmig über dem Umfang verteilt angeordnete, sich wellenachsparallel erstreckende Sacklö cher 8, 9 aufweist. Dabei können die offenen Enden der Sacklöcher 8, 9 in über dem Umfang wechselnder Folge mal auf der einen und mal auf der anderen Seite der Dichtungseinrichtung angeordnet sein. Gemäß der unteren Klappschnitthälften-Ansicht aus Fig. 2 erkennt man, daß im Elastomerkörper und der anliegenden Schulter fläche 10 eine mechanische Verdrehsicherung, z. B. in Form von Nasen, vorgesehen sein kann; eine derartige Nase bzw. Nasenkante 10 befindet sich am Wandabschnitt 10 und greift in eine Nut des Elastomerrings 5′. Der Elastomerring 5′ ist ferner zwischen radial abgewinkelten Wandabschnitten 10 bzw. 11 des Außenringes bzw. Tragmittels 1′ auf der einen Seite und des Innenringes 7′ auf der anderen Seite in axialer Sicherung eingefaßt. Das stirnseitig offene Ende des Innenringes 7′ ist ferner gegenüber einem radial- und rotationssymetrisch gegen die Welle 3′ abgewinkelten Endteil 12 des äußeren haubenartigen Tragmittels 1′ mit Abstand angeord net.Is in the embodiment of FIG. 2 and FIG. 3 thereof extracts hen that the outer circular cylindrical support means 1 'of the seal at the same time the mitübernimmt mentioned previously to Fig. 1 there function of said outer ring 6. In Fig. 2 and 3, that is, the outer support means 1 'a substantially circular cylindrical Haubenkör by. According to Fig. 2 and 3 is further provided between the respective inner ring 7' is arranged and the outer cylindrical support means 1 'a Ela stomerring 5', the a plurality of sack holes 8 , 9 arranged uniformly distributed over the circumference and extending parallel to the shaft. The open ends of the blind holes 8 , 9 can be arranged on the one side and on the other side of the sealing device in a sequence that changes over the circumference. According to the lower folding cut halves view from Fig. 2 it can be seen that in the elastomer body and the adjacent shoulder surface 10, a mechanical rotation lock, z. B. in the form of noses can be provided; such a nose or nose edge 10 is located on the wall section 10 and engages in a groove of the elastomer ring 5 '. The elastomer ring 5 'is also bordered between radially angled wall sections 10 and 11 of the outer ring or suspension means 1 ' on one side and the inner ring 7 'on the other side in axial securing. The front open end of the inner ring 7 'is further compared to a radially and rotationally symmetrical against the shaft 3 ' angled end portion 12 of the outer hood-like suspension means 1 'with a distance angeord.

Im Wege der zu Fig. 2 und 3 genannten und beschriebenen Sacklöcher 8, 9 soll vermieden werden, daß im Falle des Einsatzes der Dich tung bei höheren Temperaturen durch die sehr stark unterschiedli chen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Elastomer 5′ (Größen ordnung 1×10^-6°C^-1) und dem beispielsweise hier metallischen äußeren Tragmittel 1′ (Gehäuse) - Dehnungsgrößenordnung 10×10^-6°C^-1 - unzulässige Druckverformungen ausgeübt werden. Außerdem wird die tatsächliche Elastomerhärte, d. h. die Fede rungs- und Dämpfungscharakteristik verändert/angepaßt. . By way of the above and to Figures 2 and 3 described blind holes 8, 9 is to be avoided that in the case of the use of like processing at higher temperatures due to the very strong differing chen expansion coefficients between the elastomeric 5 '(sizes order 1 x 10 ^{- 6} ° C ^-1 ) and here, for example, metallic outer suspension element 1 '(housing) - expansion order of magnitude 10 × 10 ^-6 ° C ^-1 - impermissible pressure deformations. In addition, the actual elastomer hardness, ie the springing and damping characteristics, is changed / adapted.

Fig. 4 kennzeichnet eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der mehrere als O-Ringe ausgebildete Elastomerringe 13 in axialer Richtung mit Abstand aufeinander folgend zwischen dem Innenring 7′ bzw. Dichtring und dem Außenring hier dem betreffen den haubenartigen Tragmittel 1′ als Sekundärdichtung drehfest eingebunden sind. Dabei können die O-Ringe 13 in etwa halbrundar tig ausgebildeten Nuten 14 des Tragmittels 1′ bzw. Außenringes sitzen, wobei ihnen dabei ein über den gewählten Außendurchmesser D des Innenringes 7′ definierter Preßsitz aufgeprägt ist. Ferner ist aus Fig. 4 ersichtlich, daß der radial abgewinkelte Endwand abschnitt 11 des Innenringes 7′ bzw. Dichtringes unter axialer und radialer Beabstandung in eine nach einer Seite offene Aussparung 15, hier des betreffenden äußeren haubenartigen Tragmittels 1′ der Dichtungseinrichtung, eingreift. Fig. 4 characterizes a further embodiment of the invention, in which a plurality of O-rings formed as elastomer rings 13 in the axial direction with a spacing between the inner ring 7 'or sealing ring and the outer ring here relate to the hood-like suspension element 1 ' as a secondary seal rotatably are. The O-rings 13 can sit in approximately semicircular-shaped grooves 14 of the suspension element 1 'or outer ring, whereby they have a press fit defined over the selected outer diameter D of the inner ring 7 '. It can also be seen from Fig. 4 that the radially angled end wall section 11 of the inner ring 7 'or sealing ring with axial and radial spacing in an open to one side recess 15 , here the relevant outer hood-like suspension element 1 ' of the sealing device engages.

Fig. 5 verkörpert eine Alternative aus Fig. 4, wonach die betref fenden O-Ringe 13′ einen größeren Querschnitt aufweisen und mit einem größeren axialen gegenseitigen Abstand zueinander angeordnet sein sollen als in Fig. 4, um so eine Konfiguration darzustellen, die im Sinne eines relativ "weichen Lagers" fungiert, während das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 eine verhältnismäßig "harte Lagerung" verkörpert. Fig. 5 embodies an alternative from Fig. 4, according to which the O-rings in question 13 'have a larger cross section and are to be arranged at a greater axial mutual distance from one another than in Fig. 4, so as to represent a configuration which is in the sense of a relatively "soft bearing" functions, while the embodiment according to FIG. 4 embodies a relatively "hard bearing".

Gemäß Fig. 4 und 5 sitzen also die betreffenden Elastomere bzw. O-Ringe 13 bzw. 13′ in den schon genannten Halbrundnuten 14 bzw. 14′ wobei davon ausgegangen wird, daß diese O-Ringe sehr genau auf Maßhaltigkeit gefertigt sind, und zwar so, daß der Fliehkraftdruck die O-Ringe nicht am betreffenden Außendurchmesser zylindrisch platt verformt. Über die Wahl der Anzahl der O-Ringe, ihren Ring querschnittsdurchmeser und über die gewählte Shore (= Elastomer-) Härte kann die Federkonstante (= Rückstellkraft) der im Grunde erfindungsgemäß auch als Lager fungierenden Dichtungseinrichtung beeinflußt werden. Das Büchsenübermaß D (Fig. 4) kann, ebenso wie im Sinne der Fig. 5, die Federkonstante und damit auch die Rück stellkraft der Einrichtung beeinflussen.According to Figs. 4 and 5 thus sit elastomers or respective O-rings 13 and 13 'in the already mentioned semicircular grooves 14 or 14' is being assumed that these O-rings are very precisely manufactured to dimensional stability, namely so that the centrifugal pressure does not deform the O-rings flat on the relevant outer diameter. The spring constant (= restoring force) of the sealing device, which basically also functions as a bearing, can be influenced by the choice of the number of O-rings, their ring cross-sectional diameter and the chosen Shore (= elastomer) hardness. The sleeve oversize D ( FIG. 4), as in the sense of FIG. 5, can influence the spring constant and thus also the return force of the device.

In weiterer Ausgestaltung kann der Elastomerring, z. B. 5′ (Fig. 2) bzw. können die zuvor schon genannten O-Ringe 13 bzw. 13′ (Fig. 4 bzw. Fig. 5) aus einem temperatur- sowie schmiermittel-, insbesondere ölbeständigen synthetischen Kautschuk, gefertigt sein.In a further embodiment, the elastomer ring, for. B. 5 '( Fig. 2) or the aforementioned O-rings 13 and 13 ' ( Fig. 4 and Fig. 5) made of a temperature and lubricant, especially oil-resistant synthetic rubber.

In besonders vorteilhafter Weise können die zuvor schon behandel ten Elastomerringe bzw. die O-Ringe aus Fluorelastomer bzw. Fluor carbon-Elastomer gefertigt sein. In a particularly advantageous manner, they can be treated beforehand ten elastomer rings or the O-rings made of fluoroelastomer or fluorine carbon elastomer.

Ferner kann der Dichtring bzw. Innenring, z. B. 7 (Fig. 1) und/oder der Außenring 6 aus einem gewickelten Kohlefaser-Ver bundwerkstoff gefertigt sein.Furthermore, the sealing ring or inner ring, for. B. 7 ( Fig. 1) and / or the outer ring 6 can be made of a wound carbon fiber composite material.

In weiterer Ausgestaltung können der Innenring, z. B. 7 (Fig. 1), und der Außenring, z. B. 6 bzw. das kreiszylindrische, gehäusear tige Tragmittel 1 (Fig. 1) bzw. 1′ (Fig. 2) aus einem jeweils gleichen oder unterschiedlichen metallischen Werkstoff gefertigt sein.In a further embodiment, the inner ring, for. B. 7 ( Fig. 1), and the outer ring, for. B. 6 or the circular cylindrical, gehäusear term support means 1 ( Fig. 1) or 1 '( Fig. 2) made of the same or different metallic material.

In weiterer Ausgestaltung kann der eine Ring, z. B. der Innenring bzw. Dichtring 7 (Fig. 1) aus einem durch Fasern, insbesondere durch Kohlefasern verstärkten Verbundwerkstoff bzw. Kunststoff gefertigt sein, hingegegen der andere Ring, z. B. der Außenring 6 (Fig. 1) oder aber das gehäuseartige Tragmittel 1′ (Fig. 2) aus einem gänzlich oder überwiegend metallischen Werkstoff gefertigt sein. Bevorzugt kann das äußere gehäuseartige Tragmittel, z. B. 1 (Fig. 1), aus einem nicht rostenden Stahl gefertigt sein.In a further embodiment, the one ring, for. B. the inner ring or sealing ring 7 ( FIG. 1) made of a composite or plastic reinforced by fibers, in particular carbon fibers, whereas the other ring, z. B. the outer ring 6 ( Fig. 1) or the housing-like suspension element 1 '( Fig. 2) made of an entirely or predominantly metallic material. Preferably, the outer housing-like suspension means, for. B. 1 ( Fig. 1), made of a stainless steel.

Die Verwendung eines Kohlefaser-Verbundwerkstoffs, und zwar gewic kelt, für den betreffenden Innenring bzw. Dichtring 7 (Fig. 1) ist besonders deshalb geeignet, weil ein derartiger Werkstoff eine vergleichsweise niedrige Dichte, hohe Reißlänge sowie ein gün stiges Notlauf-Reibverhalten aufweist bzw. ermöglicht.The use of a carbon fiber composite material, namely wilted, for the inner ring or sealing ring 7 in question ( FIG. 1) is particularly suitable because such a material has a comparatively low density, high tearing length and a favorable emergency running friction behavior or enables.

Der für die betreffenden Elastomerringe bzw. die O-Ringe schon vorteilhaft genannte Werkstoff "Fluorelastomer" ist besonders hin sichtlich seiner Beständigkeit gegen Luft und Triebwerksöl auch bei Temperaturen um bzw. über 200°C besonders zweckmäßig geeig net. The one for the elastomer rings or the O-rings in question Material called "fluoroelastomer" is particularly preferred also its resistance to air and engine oil particularly suitable at temperatures around or above 200 ° C net.

Die zuvor behandelten Ausführungsbeispiele von Dichtungseinrich tungen nach den Fig. 1 bis 5 sind erfindungsgemäß vorteilhaft auch für derartige Einsatzzwecke geeignet, bei denen es darum geht, einen mit einem Ölnebel beaufschlagten Raum R 1 gegenüber einen der örtlichen Umgebung (Triebwerkseinlauf) ausgesetzten Raum abzudichten bzw. einen mit einen Ölnebel aus einem Lager beauf schlagten Raum R 1 gegenüber einem Raum R 2 abzudichten, der mit dem Abgasstrom eines Triebwerks in Verbindung steht.The previously discussed embodiments of Dichtungseinrich obligations according to FIGS. 1 to 5 are according to the invention advantageously also suitable for such uses in which it comes to seal a loaded with an oil mist chamber R 1 in relation to one of the local environment (engine inlet) exposed chamber or to seal a room R 1 impinged with an oil mist from a bearing against a room R 2 which is connected to the exhaust gas flow of an engine.

Die in den Fig. 2, 4 und 5 erwähnten und dargestellten äußeren kreiszylindrischen Tragmittel 1′ können Bestandteile des Stators sein bzw. in geeigneter Weise mit dem Stator eines Triebwerks verbunden sein, sie können aber auch betreffende Bestandteile äußerer Triebwerkswellenabschnitte sein, die die betreffende inne re Welle 3′ koaxial ummanteln.The mentioned in FIGS. 2, 4 and 5 and illustrated outer circular cylindrical support means 1 'may be components of the stator or be connected in a suitable manner with the stator of a jet engine, but they may also be concerned components external engine shaft portions that the hold in question re shaft 3 'coaxially sheath.

Bevorzugt eignet sich die Erfindung ferner für den Einsatz bei Gasturbinentriebwerken kleinerer und mittlerer Leistungsklassen. Es handelt sich dabei also um Triebwerkskonzepte mit verhältnismä ßig geringen Wellendurchmessern, wobei insbesondere nur verhält nismäßig geringe radiale Einbauhöhen zur Verfügung stehen, die im Sinne der Erfindung einfachst in abdichtender Weise überbrückt werden können.The invention is also preferably suitable for use with Small and medium performance gas turbine engines. So these are engine concepts with relative ß small shaft diameters, in particular only behaves radially low installation heights are available, which in Simply bridges the sense of the invention in a sealing manner can be.

Insbesondere zu Fig. 2 und 3 wäre noch zu vermerken, daß der dor tige Elastomerring 5′, zwischen dem betreffenden Innenring bzw. Dichtring 7′ und dem äußeren zylindrischen Tragmittel 1′ bei spielsweise eingeklebt oder einvulkanisiert werden kann. Für sich oder zusätzlich mit den zuletzt besprochenen Maßnahmen (Klebung, Einvulkanisierung) könnte der Elastomerring 5′ ferner zwischen dem Innenring 7′ bzw. Dichtring und dem äußeren zylindrischen Tragmit tel 1′ durch Verpressung sicher gehaltert werden. In particular, to FIGS. 2 and 3 would still be noted that the term dor elastomeric ring 5 ', between the inner ring and its sealing ring 7' can be glued and the outer cylindrical support means 1 'in the pitch or vulcanized. By itself or additionally with the measures discussed last (gluing, vulcanization), the elastomer ring 5 'could also be securely held between the inner ring 7 ' or sealing ring and the outer cylindrical Tragmit tel 1 'by pressing.

Im übrigen stellt sich die Erfindung als eine vorteilhafte Kombi nation aus Dichtung nebst Lagerausbildung (radiales Luftlager) dar, so daß die Erfindung im Grunde auch als Einrichtung zur ra dialen Wellenlagerung und zur Abdichtung von durch Medien, wie Flüssigkeiten und/oder Gasen unterschiedlichen Druckes (P 1 < P 2) beaufschlagten Räumen (R 1, R 2), umschrieben werden kann.In addition, the invention is an advantageous combination of seals and bearing design (radial air bearing), so that the invention basically as a device for ra dialen shaft bearings and for sealing by media, such as liquids and / or gases of different pressure ( P 1 < P 2 ) acted upon spaces ( R 1 , R 2 ), can be described.

Claims

1. Einrichtung zur Abdichtung von durch Medien, wie Flüssigkeiten und/oder Gasen unterschiedlichen Druckes beaufschlagten Räumen (R 1; R 2), insbesondere zwischen mit unterschiedlichen Drehzahlen und/oder Drehrichtungen umlaufenden Wellen bei Turbomaschinen, mit einem an einem zylindrischen Tragmittel (1) als Sekundärdichtung verankerten Dichtungskörper (2), der gegenüber einer Welle (3) einen Radialspalt (4) als Primärdichtung ausbildet, dadurch ge kennzeichnet, daß der Dichtungskörper (2) im wesentlichen aus einem, Federung und Dämpfung bereitstellenden Elastomer (5) be steht und hinsichtlich der Bemessung des Radialspalts (4) derart am Tragmittel (1) verankert ist, daß, über den Differenzdruck (P 1 < P 2) zwischen beiden Räumen (R 1; R 2), ein luftlagerartiger Tragspalt die Primärdichtung ausbildet. 1. Device for sealing media (such as liquids and / or gases of different pressure) spaces ( R 1 ; R 2 ), in particular between shafts rotating at different speeds and / or directions of rotation in turbomachinery, with a on a cylindrical suspension element ( 1 ) as a secondary seal anchored sealing body ( 2 ), which forms a radial gap ( 4 ) as a primary seal relative to a shaft ( 3 ), characterized in that the sealing body ( 2 ) consists essentially of a, suspension and damping elastomer ( 5 ) be and with regard to the dimensioning of the radial gap ( 4 ) is anchored to the suspension element ( 1 ) in such a way that, via the differential pressure ( P 1 < P 2 ) between the two spaces ( R 1 ; R 2 ), an air bearing-like suspension gap forms the primary seal.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dich tungskörper (2) aus mindestens einem zwischen einem im wesentli chen formsteifen Außenring (6) und einem im wesentlichen formstei fen Innenring (7) eingebetteten Elastomerring (5) besteht, wobei der Außenring (6) am Tragmittel (1) festgelegt ist und der Innen ring (7) die Primärdichtung gegenüber der Welle (3) ausbildet (Fig. 1).2. Device according to claim 1, characterized in that the processing body ( 2 ) consists of at least one elastomer ring ( 5 ) embedded between an essentially substantially rigid outer ring ( 6 ) and a substantially rigid inner ring ( 7 ), the outer ring ( 6 ) on the support means ( 1 ) and the inner ring ( 7 ) forms the primary seal with respect to the shaft ( 3 ) ( Fig. 1).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenring vom zylindrischen Tragmittel (1) ausgebildet ist (Fig. 2).3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the outer ring is formed by the cylindrical support means ( 1 ) ( Fig. 2).

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß das zylindrische Tragmittel (1; 1′) von einem Wellen- oder Statorabschnitt ausgebildet ist.4. Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the cylindrical support means ( 1 ; 1 ') is formed by a shaft or stator section.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß das Tragmittel (1; 1′) als kreiszylindrischer Haubenkör per ausgebildet ist (Fig. 1; Fig. 2).5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the support means ( 1 ; 1 ') is designed as a circular cylindrical hood body by ( Fig. 1; Fig. 2).

6. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß der Elastomerring (5′) mehrere gleich förmig über dem Umfang verteilt angeordnete, sich im wesentlichen wellenachsparallel erstreckende Sacklöcher (8, 9) aufweist (Fig. 2 und 3).6. Device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the elastomer ring ( 5 ') has a plurality of uniformly arranged over the circumference, substantially parallel to the shaft extending blind holes ( 8 , 9 ) ( Fig. 2 and 3).

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die offe nen Enden der Sacklöcher (8, 9) in über dem Umfang wechselnder Folge mal auf der einen und mal auf der anderen Seite der Dichtung angeordnet sind (Fig. 2 und 3). 7. Device according to claim 6, characterized in that the open ends of the blind holes ( 8 , 9 ) are arranged in a sequence varying over the circumference times on one side and on the other side of the seal ( Fig. 2 and 3).

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerring (5′) zwischen radial abgewinkelten Wandabschnit ten (10; 11) des Außenringes bzw. Tragmittels (1′) auf der einen Seite und des Innenringes (7′) auf der anderen Seite eingefaßt ist (Fig. 2).8. Device according to claim 6 or 7, characterized in that the elastomer ring ( 5 ') between radially angled Wandabschnit th ( 10 ; 11 ) of the outer ring or support means ( 1 ') on one side and the inner ring ( 7 ') the other side is bordered ( Fig. 2).

9. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein stirnseitig offenes Ende des Innenringes (7′) gegenüber einem radial- und rotationssymetrisch gegen die Welle (3′) abgewinkelten Endteil (12) des Tragmittels (1′) bzw. Außenringes mit Abstand angeordnet ist (Fig. 2).9. Device according to claim 5, characterized in that an end face open end of the inner ring ( 7 ') with respect to a radially and rotationally symmetrical against the shaft ( 3 ') angled end portion ( 12 ) of the suspension element ( 1 ') or outer ring at a distance is arranged ( Fig. 2).

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere als O-Ringe ausgebilde te Elastomerringe (13) in axialer Richtung mit Abstand aufeinander folgend zwischen dem Innenring (7′) und dem Außenring bzw. dem Tragmittel (1′) als Sekundärdichtung drehfest eingebunden sind (Fig. 4).10. Device according to one or more of claims 1, 2, 3, 4, 5 and 9, characterized in that several formed as O-rings te elastomer rings ( 13 ) in the axial direction with a spacing between the inner ring ( 7 ') and the outer ring or the support means ( 1 ') are non-rotatably integrated as a secondary seal ( Fig. 4).

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die O-Ringe (13) in etwa halbrundförmig ausgebildeten Nuten (14) des Tragmittels (1′) bzw. Außenringes sitzen und ihnen dabei ein über den gewählten Außendurchmesser (D) des Innenringes (7′) definier ter Preßsitz aufgeprägt ist (Fig. 4).11. The device according to claim 10, characterized in that the O-rings ( 13 ) sit in approximately semicircular grooves ( 14 ) of the suspension element ( 1 ') or outer ring and they over the selected outer diameter ( D ) of the inner ring ( 7 ') is defined ter press fit ( Fig. 4).

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der radial abgewinkelte Endwandabschnitt (11) des Innenringes (7′) unter axialer und radialer Beabstandung in eine nach einer Seite offene Aussparung (15) des Außenringes bzw. Tragmittels (1′) eingreift (Fig. 4). 12. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the radially angled end wall portion ( 11 ) of the inner ring ( 7 ') with axial and radial spacing in a recess open to one side ( 15 ) of the outer ring or suspension means ( 1 ') engages ( Fig. 4).

13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß der Elastomerring bzw. die O-Ringe aus einem Temperatur- sowie Schmiermittel-, insbesondere ölbeständigen synthetischen Kautschuk gefertigt sind.13. Device according to one or more of claims 1 to 12, there characterized in that the elastomer ring or the O-rings a temperature and lubricant, especially oil-resistant are made of synthetic rubber.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerring bzw. die O-Ringe aus Fluorelastomer oder Fluorcarbon-Elastomer gefertigt sind.14. Device according to claim 13, characterized in that the Elastomer ring or the O-rings made of fluoroelastomer or Fluorocarbon elastomer are made.

15. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, da durch gekennzeichnet, daß der Dichtring bzw. Innenring und/oder der Außenring aus einem gewickelten Kohlefaser-Verbundwerkstoff gefertigt ist bzw. sind.15. Device according to one or more of claims 1 to 14, there characterized in that the sealing ring or inner ring and / or the outer ring made of a wound carbon fiber composite material is or are manufactured.

16. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, da durch gekennzeichnet, daß der Innenring und der Außenring bzw. das gehäuseartige Tragmittel aus einem jeweils gleichen oder unter schiedlichen metallischen Werkstoff gefertigt sind.16. Device according to one or more of claims 1 to 14, there characterized in that the inner ring and the outer ring or the housing-like suspension elements from the same or under each different metallic material are made.

17. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, da durch gekennzeichnet, daß der eine Ring, z. B. der Innenring aus einem Faser-, insbesondere durch Kohlefasern verstärkten Verbund- bzw. Kunststoff, der andere Ring, z. B. der Außenring bzw. das gehäuseartige Tragmittel aus einem gänzlich oder überwiegend me tallischen Werkstoff gefertigt sind.17. Device according to one or more of claims 1 to 14, there characterized in that the one ring, for. B. the inner ring a fiber composite, especially reinforced by carbon fibers or plastic, the other ring, e.g. B. the outer ring or housing-like suspension elements from a completely or predominantly me metallic material are made.

18. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, da durch gekennzeichnet, daß der Dichtungskörper (2) mittels in Nuten eingreifender Nasenkanten bzw. Nasen (N) oder dergleichen am zy lindrischen Tragmittel (1) in Umfangsrichtung verdrehgesichert ist.18. Device according to one or more of claims 1 to 17, characterized in that the sealing body ( 2 ) is secured against rotation in the circumferential direction by means of engaging nose edges or noses ( N ) or the like on the cylindrical support means ( 1 ).