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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bürstendichtungsanordnung. Eine
derartige Dichtung ist beispielsweise aus US-A-5 335 920 bekannt.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Bürstendichtungsanordnung,
bei der eine Bürstendichtung
auf einem von zwei Bauteilen zwischen den beiden Bauteilen relativ
zu ihnen bewegbar montiert ist, wobei die Bürstendichtung in der Lage ist,
sich elastisch zu verformen, um den Änderungen des Zwischenraumes
zwischen den beiden Bauteilen zu folgen, selbst wenn die relative Änderung
zwischen den beiden Bauteilen auftritt.
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Als
eine zur vorliegenden Erfindung verwandte Bürstendichtungsanordnung gibt
es eine Bürstendichtungsanordnung 100,
wie sie in 8 dargestellt ist.
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8 ist
eine Querschnittsansicht einer Bürstendichtungsanordnung 100,
die zwischen einer rotierenden Welle 120 und einem Gehäuse 110 angeordnet
ist, das die rotierende Welle 120 durchquert. Das Gehäuse 110 ist
ein Bauteil, das auf der ruhenden Seite einer Dampf- oder Gasturbine
angeordnet ist. Die Bürstendichtungsanordnung 100 ist am
Gehäuse 110 angebracht,
um Fluid abzudichten, indem sie den Raum zwischen dem Gehäuse 110 und
der rotierenden Welle 120 teilt.
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Die
Bürstendichtungsanordnung 100 ist
ringförmig
ausgebildet und an einem Kanalabschnitt 112 im Gehäuse 110 angebracht.
Hauptbestandteile der Bürstendichtungsanordnung 100 sind
eine Bürstendichtung 109,
eine Stützplatte 102 und
eine Halteplatte 103. In der Bürstendichtung 109 ist
eine Anzahl von Borsten 101 um den Umfang angeordnet, um eine
Trennwand zu bilden, und die einen Enden der Borsten sind miteinander
verbunden, um einen Befestigungsbereich 104 zu bilden.
Ein freies Ende 105 als das andere Ende der Bürstendichtung 109 ist
der rotierenden Welle 120 zugewandt. Der Durchmesser der üblicherweise
verwendeten Borste 101 beträgt 0,02 bis 0,5 mm. Zehntausende
bis Hunderttausende Borsten werden verwendet.
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Eine
ringförmige
Stützplatte 102 ist
an der einen Seitenfläche
der Bürstendichtung 109 angeordnet,
indem ihre Seitenfläche 108 die
eine Seitenfläche
der Bürstendichtung 109 berührt und
die Borsten 101 gegen den Druck des abgedichteten Fluids stützt.
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Eine
als Ringplatte geformte Halteplatte 103 ist auf der anderen
Seitenfläche
der Bürstendichtung 109 angeordnet,
um die Bürstendichtung 109 an
der Seite ihres Befestigungsbereiches 104 in Zusammenwirkung
mit der Stützplatte 102 schichtweise
einzuschließen.
Die Bürstendichtung 109 liegt
an ihrem freien Ende 105 frei, so dass die Seitenfläche der Bürstendichtung 109 nicht
vollständig
eingeschlossen ist.
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Die
einen Enden der Stützplatte 102,
des Befestigungsbereiches 104 der Bürstendichtung 109 und
der Halteplatte 103 sind zusammengeschweißt, um einen
Verbindungsbereich 106 zu bilden.
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9A ist
eine Teilvorderansicht der Bürstendichtung 109.
Die Bürstendichtungsanordnung 100 in 9A ist
in einem Zustand, in dem die Bürstendichtung 109 und
die rotierende Welle 120 normal ohne Schwingungen zusammengesetzt
sind, so dass eine Anzahl von Borsten 101 gerade verlaufen
und derart gerichtet sind, dass sie relativ zur radialen Richtung
des Umfangs der rotierenden Welle 120 geneigt sind. Im
Normalzustand der Bürstendichtung 109 berührt die
rotierende Welle 120 das freie Ende 105 oder ist
ihm nahe, wie durch die durchgezogene Linie in 8 dargestellt
ist.
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10A ist eine perspektivische Darstellung der Seite
der freien Enden der Bürstendichtung 109. In 10A ist das freie Ende 105 durch Drahterodieren
oder Ähnliches
präzise
derart bearbeitet, dass die Bürstendichtung 109 nach
dem Vorgang der rotierenden Welle 120 genau angepasst ist.
Die Borsten 101 können
jedoch verformt werden, so dass es extrem schwierig ist, sie zu
bearbeiten. Außerdem
ist es auch schwierig, das freie Ende 105 präzise zu
bearbeiten.
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Eine
in 11 dargestellte Bürstendichtungsanordnung 100B ist
eine andere zur vorliegenden Erfindung verwandte Technik. 11 zeigt
dünne Platten
als Dichtungen 209, die in Richtung einer Umfangslinie
einer rotierenden Welle 120 gestapelt sind und einen Hochdruckbereich
P1 gegen einen Niedrigdruckbereich P2 abdichten.
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Der
Außenumfangsbereich
der Dichtung 209 ist einerseits auf einem Befestigungsbereich 104 hartgelötet und
geformt und andererseits durch den hartgelöteten Befestigungsbereich 104 am
Kanalabschnitt des Gehäuses 110 befestigt.
Außerdem
ist eine Stützplatte 102 an
einer Seitenfläche
der Dichtung 209 in einem Niedrigdruckbereich P2 angeordnet,
eine Halteplatte 103 an einer Seitenfläche in einem Hochdruckbereich
P1 und beide Platten 102 und 103 stützen je
eine der beiden Seiten der Dichtung 209.
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Wenn
jedoch die rotierende Welle 120 exzentrisch drückt, um
die in der obigen Weise ausgebildete Dichtung 209 zu berühren, haben
die gestapelten Dichtungen 209, die einen ringförmigen Körper bilden,
keinen Raum zur Kompensation, so dass die Federkonstante, die der
elastischen Verformung entspricht, erhöht wird und es also schwierig
ist, dem exzentrischen Verhalten der rotierenden Welle 120 zu
folgen. Dadurch ist der Abstand zwischen den Dichtungen 209 und
der äußeren Umfangsfläche der rotierenden
Welle 120 breit und führt
zu einem Problem beim Abdichtungsvermögen für das abgedichtete Fluid.
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Außerdem wirkt
der Druck des abgedichteten Fluids auf die Dichtung 209 in
Richtung der Oberflächen
der gestapelten dünnen
Platten, die die Dichtung 209 bilden, und als Folge werden
Lücken
zwischen den Platten zwangsweise vergrößert. Dementsprechend gibt
es auch in diesem Fall ein Problem bei der Fähigkeit, Auslecken von abgedichtetem
Fluid zu verhindern.
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Außerdem umfasst
die Bürstendichtung 209, die
einen ringförmigen
Körper
bildet, einige Hunderttausend verwendeter dünner Platten. Daher ist es äußerst schwierig,
die Bürstendichtung 209 herzustellen.
Da außerdem
die Länge
entlang der äußeren Umfangsfläche des
ringförmigen
Körpers
der Bürstendichtung 209 größer ist,
als die entlang der inneren Umfangslinie, werden notwendigerweise
zwischen dünne
Platten an der äußeren Umfangslinie Abstandsstücke angeordnet.
Trotzdem bleiben noch Lücken
zwischen den Oberflächen
der gestapelten Platten. Auch in dieser Hinsicht besteht das Problem des
Abdichtungsvermögens.
Außerdem
ist dieser Aufbau derart, dass seine Flexibilität verringert sein kann und
das freie Ende 105 der Bürstendichtung 209 schnell
abgenutzt werden kann.
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Wenn
in der wie oben beschrieben aufgebauten Bürstendichtungsanordnung 100A die
rotierende Welle 120, die die Bürstendichtung 109 berührt, in
Schwingungen oder Ähnliches
gerät,
wird auf die Bürstendichtung 109 gedrückt, so
dass sie die rotierende Welle 120 berührt, und gleichzeitig wird
ihr Neigungswinkel vergrößert, wie
in 9B dargestellt.
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Wenn
der Druck des abgedichteten Fluids in diesem Zustand der höhere P1
ist, wird die Druckdifferenz (P1 – P2) zwischen P1 und dem niedrigen Druck
P2 vergrößert und
werden die ganzen geraden Borsten 101 der Bürstendichtung 109 gegen
die Stützplatte
gedrückt
und sie werden weniger leicht ablenkbar und daher die Fähigkeit,
der rotierenden Welle 120 zu folgen, verringert.
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10B ist eine Vorderansicht der Bürstendichtung 109 in 10A, vom freien Ende 105 auf der Innenseite
aus gesehen.
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Wenn
in den 10A und 10B abgedichtetes
Fluid in Lücken
zwischen geraden Borsten 101 fließt, wird jede Borste 101,
die wie in 10A gezeigt, von der Innenumfangsfläche aus
gesehen, angeordnet ist, zur Seite gedrückt, so dass Lücken zwischen
den Borsten 101 vergrößert werden,
wie in 10B gezeigt, und dann leckt
aus diesen geöffneten
Zwischenräumen
abgedichtetes Fluid aus. Wenn dieser Vorgang mit dem Umstand kombiniert
auftritt, dass die Borsten 101 im geneigten Zustand durch Druck
getrennt werden, neigt eine getrennte Seite dazu, sich zu verschieben,
so dass der Neigungswinkel verringert wird, wodurch die Borste 101 derart verformt
wird, dass ihre Länge
in der radialen Richtung groß ist
und sie daher den Druck auf die rotierende Welle 120 erhöht und Abnutzung
bewirkt.
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Zusätzlich zu
einem derartigen Zustand wie in 8, verglichen
mit einer Stellung der Bürstendichtung 109,
in der sie an die rotierende Welle 120 gedrückt wird
(Zustand von 9B), schwankt auf der der Achse
in radialer Richtung entgegengesetzten Seite ein Zwischenraum C
zwischen einer freien Seitenfläche 105 und
der rotierenden Welle 120, wie in gestrichelten Linien
in der rotierenden Welle 120 der 8 dargestellt
ist, und öffnet
sich breit, was Auslecken des abgedichteten Fluids aus dem Zwischenraum
C verursacht.
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In
Hinsicht auf eine Dichtung 209 in 11 werden
dadurch, dass dünne
Platten in der Richtung befestigt sind, in der das abgedichtete
Fluid einwirkt, befestigte Oberflächen der dünnen Platten in derselben Weise
getrennt, wie in 10B, wenn das abgedichtete Fluid
einwirkt, so dass das abgedichtete Fluid ausleckt. Außerdem sollte
der Abstand von der rotierenden Welle 120 breit sein, weil
die Flexibilität
des freien Endes 105 der Dichtung 209 behindert
wird, und dies bewirkt ein Problem beim Abdichtungsvermögen und
beschleunigt die Abnutzung.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Betrachtung der oben erwähnten Probleme
gemacht und die technische Aufgabe besteht darin, das Abdichtungsvermögen zu erhöhen, auch
wenn ein Zwischenraum zwischen einem Gehäuse und einem rotierenden Teil durch
eine Bürstendichtung
gebildet wird.
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Es
ist auch ein weiteres Ziel, die elastische Verformung der Bürstendichtung
in Reaktion auf den Druck der rotierenden Welle zu verbessern, so
dass der Abrasionsverschleiß der
Bürstendichtung
durch die rotierende Welle verringert wird.
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Zusätzlich ist
ein weiteres Ziel, eine gute Fähigkeit
der Bürstendichtung
zu erreichen, der relativen Verschiebung von Bürstendichtung und Außenumfang
der rotierenden Welle zueinander zu folgen, um das Abdichtungsvermögen zu verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben erwähnten Probleme
zu lösen,
und ein technisches Mittel zur Lösung
der Probleme ist folgendermaßen
aufgebaut.
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Eine
Bürstendichtung
in einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Bürstendichtungsanordnung, auf
einem von zwei Bauteilen montiert, die relativ zueinander gedreht werden,
zum Abdichten des Zwischenraumes zwischen den beiden Bauteilen,
umfassend
eine Bürstendichtung
mit übereinander
geschichteten Bürstendichtungseinheiten,
wobei jede Bürstendichtungseinheit
einen Bürstenbereich,
ausgebildet durch Formungschlitze in einer dünnen Platte an der Seite, die
vom anderen Bauteil abgewandt ist, und einen Befestigungsbereich
als Basisteil umfasst, der am einen Bauteil an der anderen Seite
der dünnen Platte
befestigt ist,
wobei die Bürstendichtung
eine Schichtung der Bürstendichtungseinheiten
als Rücksprungschichten,
die an ihrem freien Ende Rücksprünge aufweisen,
und der Bürstendichtungseinheiten
als Vorsprungschichten, die an ihrem freien Ende Vorsprünge aufweisen und
in Richtung des Drucks eingeschlossenen Fluids gestapelt sind, und
wobei der Innendurchmesser des Vorsprunges von dem des Rücksprunges
verschieden ist.
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In
der Bürstendichtungsanordnung
der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind eine Vielzahl von Bürstendichtungseinheiten,
die über
ein freies Ende, das der Oberfläche
des passenden Bauteils zugewandt ist, verfügen, derart ausgebildet, dass
jede der dünnen
Platten auf einer ihrer Seiten zu Streifen geformt ist. Die eine
ist als Rücksprungschicht
mit größerem Innendurchmesser ausgebildet
und die andere als Vorsprungsschicht mit kleinerem Innendurchmesser.
Diese Bürstendichtungseinheiten
mit unterschiedlichem Durchmesser sind derart übereinander geschichtet, dass
sie Rücksprungs-
und Vorsprungsbereiche am freien Ende bilden, so dass das freie
Ende elastisch verformt werden kann, um sich der gegenüberliegenden
Oberfläche
enger anzupassen.
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Da
außerdem
der Rücksprungs-
und Vorsprungsbereich das abgedichtete Fluid steuert, auch wenn
ein rotierendes Bauteil durch Schwingung derart bewegt wird, dass
das freie Ende und die gegenüberliegende
Oberfläche
des anderen Bauteils voneinander getrennt werden, addieren sich
Verbreiterungsverlust von Fluid, das zwischen Rücksprungs- und Vorsprungsbereich
fließt,
und thermodynamischer Verlust, sowie viskose Verschleppung, so dass der
Widerstand des Fluidkörpers
vergrößert wird,
so dass die Leckagemenge des abgedichteten Fluids verringert werden
kann.
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Da
außerdem
eine Bürstendichtung
der verwandten Technik aus hunderttausenden Borsten hergestellt
wird, sollte ihre innere Umfangsfläche durch Drahterodieren oder Ähnliches
präzise
bearbeitet werden, um einen exakten Kreis zu bilden; das freie Ende
der vorliegenden Erfindung muss nicht präzise bearbeitet werden, da
der Rücksprungs-
und Vorsprungsbereich den Fluidwiderstand erhöht, um eine Abdichtungswirkung
zu erzielen, auch wenn der Abstand zwischen dem freien Ende der
Bürstendichtung
und dem anderen Teil vergrößert wird.
Dies ergibt einen Vorteil der Senkung der Herstellungskosten.
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Wenn
außerdem
das rotierende Teil als das andere Bauteil schwingt und auf die
Bürstendichtung drückt, bildet
sich ein Zwischenraum C (siehe 8) an einer
zum Andruckpunkt symmetrischen Seite. Die im freien Ende der Bürstendichtung
ausgebildeten Rücksprungs-
und Vorsprungsbereiche jedoch erhöhen den Fluidwiderstand, so
dass die Abdichtungswirkung vergrößert wird. Dadurch wird eine
hervorragende Abdichtungswirkung gegenüber dem schwingenden rotierenden
Bauteil erreicht.
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Da
außerdem
die Befestigungsbereichsseiten der Bürstendichtungen in einem Stück integriert sind,
so dass Basisteile der dünnen
Platten ohne ausgebildete Streifen gestapelt sind, und diese Konstruktion
erlaubt, den Befestigungsbereich durch einfaches Stapeln der Bürstendichtungen
auszubilden, ist es viel einfacher, den Befestigungsbereich auszubilden,
als Befestigungsbereiche durch Schweißen hundertausender von Borsten
auszubilden.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die die Hälfte der ersten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bürstendichtungsanordnung
zeigt;
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2 ist
eine Vorderansicht der in 1 gezeigten
Bürstendichtung
und einer Welle, in einer Achsenrichtung gesehen;
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3 ist
eine Vorderansicht der zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bürstendichtungsanordnung;
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4A ist
eine Teildraufsicht einer Bürstendichtungsanordnung
nach der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, von der Innendurchmesserseite aus gesehen;
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4B ist
eine vergrößerte Ansicht
des in 4A gezeigten Bereichs „C";
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines Rücksprungs-
und Vorsprungsbereichs einer Bürstendichtungsanordnung
nach der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6A ist
eine Draufsicht einer Bürstendichtung
einer Bürstendichtungsanordnung
nach der fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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6B ist
eine Querschnittsansicht einer Bürstendichtung
einer Bürstendichtungsanordnung, die
die sechste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
eine Draufsicht einer Bürstendichtung,
die die siebte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist
eine Querschnittsansicht, die die Hälfte einer Bürstendichtungsanordnung
einer verwandten Technik zeigt;
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9A ist
eine Draufsicht eines in 8 gezeigten Bereiches;
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9B ist
eine Draufsicht einer in 8 dargestellten Bürstendichtungsanordnung
in dem Fall, dass das rotierende Teil exzentrisch ist;
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10A ist eine perspektivische Darstellung eines
in 8 gezeigten Bürstenteils;
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10B ist eine Draufsicht einer in 10A gezeigten Bürstendichtungsanordnung, von
der Innendurchmesserseite aus gesehen, in dem Fall, dass abgedichtetes
Fluid dazu veranlasst wird, Borsten voneinander zu trennen; und
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11 ist
eine perspektivische Darstellung eines Bürstenteils einer anderen verwandten
Technik.
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Die
erfindungsgemäßen Ausführungsformen von
Bürstendichtungsanordnungen
werden hierunter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen
beschrieben. Diese Zeichnungen sind Konstruktionszeichnungen, die
Formen in präzisen
Abmessungen zeigen.
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer Bürstendichtungsanordnung 1 in
einer bevorzugten Ausführungsform,
in der ein Zwischenraum zwischen einem rotierenden Bauteil 60 und
einem Gehäuse 50 einer
Gasturbine in eine Hochdruckseite P1 und eine Niedrigdruckseite
P2 geteilt ist.
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In 1 bezeichnet
die Bezugsnummer 1 eine Bürstendichtungsanordnung. Ein
Befestigungsbereich 20 an der Außenumfangsseite der Bürstendichtungsanordnung 1 ist
an einem Absatz 51, der sich in einer Innenumfangsfläche des
Gehäuses 50 als
eines von zwei Bauteilen befindet, durch einen Sprengring 12 befestigt.
Der Befestigungsbereich 20 kann an einem Kanalbereich 51 angebracht
sein, der durch eine Verbundkonstruktion gebildet wird. Ein freies
Ende 5 auf der Innenumfangsseite der Bürstendichtungsanordnung 1 berührt die
gegenüberliegende
Außenumfangsfläche des
rotierenden Teils 60 als das andere Bauteil oder ist der
Oberfläche
nahe angeordnet. Dadurch dichtet die Bürstendichtungsanordnung 1 abgedichtetes
Fluid an der Hochdruckseite P1 ab.
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Die
Bürstendichtungsanordnung 1 besteht hauptsächlich nur
aus einer Bürstendichtung 2 und eine
Stützplatte 6 und
ein Haltebereich 10 sind Zubehörteile. Da die Bürstendichtung 2 aus
geschichteten dünnen
Platten besteht, kann die Bürstendichtung 2 alleine
ohne Anordnung der Stützplatte 6 oder
der Halteplatte 10 abdichten.
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Die
Bürstendichtung 2 ist
derart bearbeitet, dass sie Schlitze 9 aufweist, die auf
der ringförmigen Innenumfangsseite
der dünnen
Platten zur Drehrichtung des rotierenden Teils 60 hin geneigt
sind, wie in 2 dargestellt, so dass sie Streifen
bildet. Durch Formungsschlitze 9 in der Bürstendichtung 2 bildet ihr
Innenum fangsplattenbereich einen Bürstendichtungsbereich 2a,
während
ein Basisteil 2b des Außenumfangsplattenbereichs einen
Befestigungsbereich 3 bildet.
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Der
Bürstenbereich 2a wird
gebildet, indem die Innendurchmesserseite einer ringförmigen dünnen Platte
zu schmalen Streifen geformt wird, um einen Bürstenbereich 8 mit
rechteckigem Querschnitt auszubilden. Eine Vielzahl von Bürstendichtungseinheiten 2P (auch
als Bürstendichtungseinheitsplatte bezeichnet)
werden in Achsenrichtung des rotierenden Teils (der rotierenden
Welle) 60 geschichtet angeordnet, um eine wandartige Form
zu bilden. Ihre Außenumfangsendbereiche
werden zusammengeschweißt,
um einen zusammenhaltenden Befestigungsbereich 3 auszubilden.
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Die
Bürstendichtung 2 besteht
aus zusammengesetzten Bürstendichtungseinheiten 2P,
die in Richtung der Druckeinwirkung des abgedichteten Fluids geschichtet
sind. Die geschichteten Bürstendichtungseinheiten 2P haben
am freien Ende 5 Rücksprungs-
und Vorsprungsbereiche 13, die dadurch ausgebildet werden,
dass abwechselnd eine Rücksprungsschicht 12A und
eine Vorsprungsschicht 12B mit unterschiedlichen Innendurchmessern
geschichtet werden. Die Anzahl an Rücksprungsschichten 12A und
Vorsprungsschichten 12B kann je eine sein oder eine Mehrzahl
von Rücksprungsschichten 12A und
Vorsprungsschichten 12B, die abwechselnd geschichtet werden.
Die Anzahl wird in Hinsicht auf die Abdichtungswirkung je nach Breite
der Rücksprungs- und
Vorsprungsbereiche festgelegt.
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Der
Rücksprungs-
und Vorsprungsbereich 13 ist als Vorsprung oder Rücksprung
relativ zu einer parallelen Linie zur Außenumfangsfläche des
rotierenden Teils 60 ausgebildet, der Rücksprungs- und Vorsprungsbereich
kann jedoch auch stufenförmig ausgebildet
werden, indem die Durchmesser allmählich wachsen, wenn die Schichten
der Niedrigdruckseite P2 näher
liegen. Eine Ausführungsform
des Rücksprungs-
und Vorsprungsbereiches 13 kann auch eine Rücksprungsschicht 12A sein,
die Bürstendichtungseinheiten 2P bildet,
die in Richtung des niedrigeren Druckes kleineren Innendurchmesser haben
und derart geschichtet sind, dass die Rücksprungsschicht 12A einen
stufenförmigen
Querschnitt aufweist, und es gibt auch eine Ausführungsform einer Bürstendichtung,
in der die Rücksprungsschicht 12A an
den Rücksprungs- und Vorsprungsbereich 13 angepasst
ist.
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Eine
Ausführungsform
einer oben beschriebenen Bürstendichtung 2 weist
Schlitze 9 auf, die an der Innenumfangsseite eines Basisteils 2b dünner Platten,
die eine Ringform bilden, dreieckige Zwischenräume bilden, und der Querschnitt
eines Bürstenteils
ist eckig (rechteckig oder quadratisch), wobei die Länge einer
Seite des Querschnittes (0,005–0,5) × (0,005–0,5) mm,
vorzugsweise (0,008–0,20)
mm × (0,018–0,2) mm
beträgt.
Seine Länge
liegt zwischen 5 und 50 mm. Die Wanddicke beträgt 0,01–0,4 mm oder 0,4–5 mm; sie
kann jedoch in Abhängigkeit
vom Druck des abgedichteten Fluids festgelegt werden.
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Werkstoff
der Bürstendichtung 2 kann
Stahl, rostfreier Stahl, eine Legierung auf Nickelbasis, Keramik
oder Ähnliches
sein.
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Eine
in 3 dargestellte Bürstendichtungseinheit 2P ist
eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Eine Vielzahl von Bürstendichtungseinheiten 2P sind
geschichtet, um eine Bürstendichtung 2 je
nach dem Betrag des Druckes des abgedichteten Fluids auszubilden.
Die Innenumfangsseite der dünnen
Platten, die eine Ringform bilden, ist zur Ausbildung der Schlitze 9 durch Ätzen, Stanzen, elektrische
Entladung oder Ähnliches
derart bearbeitet, dass die Bürstendichtungseinheit 2P über einen streifenförmigen Bürstenbereich 2a verfügt. Ihre
Außenumfangsseite
ist einstückig
zu einem Basisteil 2b der dünnen Platte ohne Schlitze geformt,
so dass der Bürstenbereich 2a nicht
entfernt wird.
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Jeder
Schlitz 9 ist als dreieckiger Zwischenraum mit schmaler
Innenumfangsseite ausgebildet. Der Schlitz kann, wenn nötig, als
Parallelzwischenraum ausgebildet werden. Der Schlitz 9 bildet
einen Bürstenbereich 8,
der zur Drehrichtung des rotierenden Teils 60 hin geneigt
ist, und der Neigungswinkel des Bürstenbereiches 8 wird
in Abhängigkeit
von der Geschwindigkeit des rotierenden Teils (60) oder Ähnlichem
be stimmt. Der Bürstenbereich 8 kann
sowohl für
Vorwärts-
als auch für
Rückwärtsdrehung
in der Drehrichtung ausgebildet werden.
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Eine
Stützplatte 6 umfasst
einen Befestigungsbereich 6A zum Abstützen eines Befestigungsbereichs 3 der
Bürstendichtung 2 und
eine Stützfläche 7 zum
Abstützen,
damit die Bürstendichtung 2 vom
Druck des abgedichteten Fluids nicht übermäßig gebogen wird. Die Stützfläche 7 und
die Bürstendichtung 2 können sich
berühren,
wie in 1 gezeigt. Alternativ können die Stützfläche 7 und die Bürstendichtung 2 durch
einen Abstand voneinander getrennt sein.
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Ein
freies Ende 5 der Bürstendichtung 2 berührt das
rotierende Teil 60, wenn das rotierende Teil 60 stark
schwingt, da aber der Bürstenbereich 2a aus jedem
Bürstenteil 8 besteht,
dessen kleiner Querschnitt eckige Form hat, ist die Federkonstante
klein, und er folgt elastisch der Schwingung des rotierenden Teils,
auch wenn er das rotierende Teil 60 berührt, so dass Abrasionsverschleiß verhindert
wird. Die Bürstendichtung 2 kann
also in Reaktion auf die Schwingung des rotierenden Teils 60 elastisch
verformt werden, auch wenn sie das rotierende Teil berührt. D.
h. Berührung
kann entsprechend der Federkonstante, die der Bürstendichtung 2 verliehen
wurde, aufgenommen werden, wenn das rotierende Teil 60 schwingt.
Außerdem
verringert der Bürstenbereich 8 der
Bürstendichtung 2,
dessen Querschnitt eckige Form hat, zusätzlich den Berührungsdruck, auch
wenn das rotierende Teil 60 schwingt und stärker berührt, so
dass Abrasionsverschleiß weiter
verhindert wird.
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Ein
Befestigungsbereich 3 der Bürstendichtung 2 ist
mit der Stützplatte 6 und
einer Halteplatte 10 zusammengeschweißt. Der Schweißbereich
der drei Teile bildet einen Befestigungsbereich 20. Der Haltebereich 10 ist
ringförmig
ausgebildet mit geringerer Breite in Durchmesserrichtung, als der
der Stützplatte 6.
In 1 ist die Länge
des Haltebereichs 10 die des Befestigungsbereichs 20,
seine Länge
kann jedoch nahe der der Stützplatte 6 in Durchmesserrichtung
festgelegt werden. In diesem Fall des langen Haltebereichs 10 wird
ein Zwischenraum, in den das abgedichtete Fluid einströmen kann,
zwischen der Bürstendichtung 2 und
einer Seitenfläche
der Halteplatte 10 ausgebildet. Die Bürstendichtung 2 kann
alleine, ohne dass die Stützplatte 6 und
die Halteplatte 10 an der Bürstendichtungsanordnung 1 vorgesehen
werden, am Gehäuse 50 angebracht
werden. Der Grund besteht darin, dass die Bürstendichtung 2 aus
dünnen
Platten besteht.
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Der
Werkstoff für
die Stützplatte 6 und
einen Haltebereich 10 wird vorzugsweise entsprechend dem
linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Gehäuses 50 gewählt. Beispielsweise
wird sie aus einer Legierung auf Nickelbasis, aus Eisen, Stahl,
rostfreiem Stahl oder anderen NE-Metallen hergestellt. Verschiedene
Arten von Werkstoffen können
in Abhängigkeit
von der Art und der Temperatur des abgedichteten Fluids oder anderen
Bedingungen in Anwendungsumgebungen gewählt werden.
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4A ist
eine Teildraufsicht einer in 1 gezeigten
Bürstendichtungsanordnung,
von der Innendurchmesserseite aus gesehen. 4B ist
eine vergrößerte Ansicht
des in 4A gezeigten Bereichs C. Beide 4A und 4B zeigen
die dritte Ausführungsform
einer Bürstendichtungsvorrichtung 1 nach
der vorliegenden Erfindung.
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In 4A besteht
eine Bürstendichtung 2 aus
Bürstendichtungseinheiten 2P,
die in acht Lagen geschichtet sind. Wie in der vergrößerten Ansicht
von 4B gezeigt, ist ein Querschnitt eines Bürstenteils 8 quadratisch
geformt und sie sind derart angeordnet, dass Schlitze 9 in
Richtung der Druckeinwirkung des abgedichteten Fluids sich nicht
in einer Reihe befinden. Durch diese Anordnung wird Auslecken des abgedichteten
Fluids verhindert, um dadurch das Abdichtungsvermögen zu verbessern.
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In 4B besteht
jede Lage der Bürstendichtung 2 aus
zwei Bürstendichtungseinheiten 2P mit
demselben Innendurchmesser, die abwechselnd angeordnet sind, um
einen Rücksprungs-
und Vorsprungsbereich 13 am freien Ende 5 auszubilden, wie
in 5 dargestellt.
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5 ist
eine Teilschnittansicht einer Bürstendichtungsanordnung 1. 5 zeigt
auch die vierte Ausführungsform
der Bürstendichtungsanordnung 1 nach
der vorliegenden Erfindung.
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In 5 besteht
eine Bürstendichtung 2 aus fünf Bürstendichtungseinheiten 2P,
die zur Bildung einer Rücksprungsschicht 12A geschichtet
sind, und derselben Anzahl Bürstendichtungseinheiten 2P,
die zur Bildung einer Vorsprungsschicht 12B geschichtet sind,
die abwechselnd geschichtet sind, um insgesamt neun Lagen zu bilden.
Ein Rücksprungs-
und Vorsprungsbereich 13 ist auch im freien Ende 5 ausgebildet.
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Was
den Rücksprungs-
und Vorsprungsbereich 13 betrifft, werden verschiedenartige
Rücksprungs-
und Vorsprungsbereiche 13, abhängig von der Anzahl an geschichteten
Lagen der Rücksprungsschicht 12A,
der Anzahl von geschichteten Lagen der Vorsprungsschicht 12B und
der Anzahl an Lagen jeder Lage der Rücksprungsschichten 12A und
der Vorsprungsschichten 12B, ausgebildet. Die Breite des
Rücksprungs-
und Vorsprungsbereichs 13 wird in Abhängigkeit vom Druck des abgedichteten Fluids
oder Ähnlichem
festgelegt.
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Der
Querschnitt des Bürstenteils 8 hat üblicherweise
quadratische Form. Wenn eine rechteckige Form verwendet wird, ist
eine Seite in der Druckrichtung des abgedichteten Fluids länger, als
die in 4B gezeigte, und die Schlitze 9 sind
abwechselnd derart angeordnet, dass sie sich in der Druckrichtung
des abgedichteten Fluids nicht in einer Reihe befinden. Die Anordnung
der Bürstenteile 8 mit dieser
Art Querschnittsform erhöht
das Abdichtungsvermögen
und die elastische Verformungskapazität der Bürstenteile 8.
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6A zeigt
eine Bürstendichtungseinheit 2P mit
Schlitzen 9 an einer Seite dünner Platten. 6A zeigt
die fünfte
Ausführungsform
einer Bürstendichtungseinheit 2P für eine erfindungsgemäße Bürstendichtungsanordnung 1.
Der Schlitz 9 eines Bürstenteils 2a der
Bürstendichtungseinheit 2P ist S-förmig ausgebildet
und ein Abschnitt näher
am freien Ende 5 ist als gerader Stab 14 ausgebildet.
Die Federkonstante der Bürstendichtungseinheit 2P kann
geringer sein, als die der in 3 gezeigten Bürstendichtungseinheit 2P.
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Außerdem erlaubt
der gerade Stab 14 einem rotierenden Teil 60,
in Vorwärts-
oder Rückwärtsrichtung
zu rotieren. D. h. die Rotation muss nicht in nur einer Richtung
erfolgen, und die Bürstendichtungseinheit
kann verwendet werden, wenn das rotierende Teil 60 in Vorwärts- oder
Rückwärtsrichtung
rotiert.
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Eine
Vielzahl von in 6A gezeigten Bürstendichtungseinheiten 2P wird
geschichtet, um eine Rücksprungsschicht 12A zu
bilden, und eine Vielzahl der in 3 gezeigten
Bürstendichtungseinheiten 2P wird
geschichtet, um eine Vorsprungsschicht 12B zu bilden, und
dann werden Rücksprungsschicht 12A und
Vorsprungsschicht 12B abwechselnd geschichtet, um einen
Rücksprungs-
und Vorsprungsbereich 13 am freien Ende 5 der
Bürstendichtung 2 auszubilden,
wie in 5 gezeigt.
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In ähnlicher
Schichtungsweise kann eine Rücksprungsschicht 12A mit
in 6A gezeigten Bürstendichtungseinheiten 2P aufgebaut
werden, und die Vorsprungsschicht 12B kann mit in 6B gezeigten
Bürstendichtungseinheiten 2P aufgebaut werden,
um einen Rücksprungs-
und Vorsprungsbereich 13 am freien Ende 5 der
Bürstendichtung 2 auszubilden.
In diesem Fall ist die Fähigkeit
größer, in zusammengedrücktem Zustand,
wenn das rotierende Teil 60 schwingt oder vibriert, zu
folgen, so dass Abrasionsverschleiß der Bürstendichtung 2 verhindert
werden kann. 6B zeigt die sechste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bürstendichtungsanordnung.
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Dagegen
kann eine Rücksprungsschicht 12A mit
der in 6B gezeigten Bürstendichtungseinheit 2P aufgebaut
werden, und die Vorsprungsschicht 12B kann mit in 6B gezeigten
Bürstendichtungseinheiten 2P aufgebaut
werden, um einen Rücksprungs-
und Vorsprungsbereich 13 am freien Ende 5 der
Bürstendichtung 2 auszubilden.
In diesem Fall kann sie verwendet werden, wenn das rotierende Teil
in Vorwärts-
oder Rückwärtsrichtung
rotiert.
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Zusätzlich kann
eine Rücksprungsschicht 12A mit
einer Bürstendichtungseinheit 2P aufgebaut werden,
die aus dünnen
Platten ohne Schlitz besteht, oder mit einer Bürstendichtungseinheit 2P,
in der Schlitze in der Innenumfangsseite an jeder Viertel-, Sechstel-
oder Achtelkreisstelle oder Ähnlichem
ausgebildet sind.
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Da
diese Art Rücksprungsschicht 12A wenige
Schlitze 9 oder keine Schlitze 9 aufweist, erhöht sich
die Abdichtungsfähigkeit
der Rücksprungsschicht 12A,
auch wenn viele breite Schlitze in einer Vorsprungsschicht 12B ausgebildet
sind.
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In
dieser Weise können
in 3 gezeigte Bürstendichtungseinheiten 2P,
in 6A gezeigte Bürstendichtungseinheiten 2P oder
in 6B gezeigte Bürstendichtungseinheiten 2P beliebig
geschichtet werden, um einen Rücksprungs-
und Vorsprungsbereich 13 an einem freien Ende 5 einer Bürstendichtung 2 auszubilden,
und es kann eine für Betriebsbedingungen
eines rotierenden Teils 60 geeignete Bürstendichtungsanordnung 1 aufgebaut werden.
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7 ist
eine Draufsicht einer Bürstendichtungsanordnung 1,
die die siebte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt. Die Bürstendichtungseinheit 2P besteht
aus vier bogenförmigen Bürstendichtungsteilstücken 4,
deren Teilflächen 11 so
miteinander kombiniert werden, dass sie als Ganzes eine Ringform
bilden. Für
die Bürstendichtungsteilstücke 4 sind
Schlitze 9 in der Innenumfangsfläche einer bogenförmigen dünnen Platte
ausgebildet, um die Bürstendichtungsteilstücke 4 auszubilden.
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Durch
Anordnung der Bürstendichtungsteilstücke 4 derart,
dass ihre Teilflächen 11 nicht
in einer Oberfläche
liegen, wenn die Bürstendichtungsteilstücke 4 geschichtet
werden, füllen
aneinanderliegende Bürstendichtungsteilstücke 4 Zwischenräume zwischen
den Teilflächen 11,
wodurch Auslecken abgedichteten Fluids von den Teilflächen 11 verhindert werden
kann.
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Der
Aufbau der Bürstendichtungsanordnung 1,
in der diese Art von Bürstendichtungsteilstücken 4 kombiniert
werden, ist sowohl in Hinsicht auf die Kosten, als auch auf die
Montage sehr vorteilhaft, wenn die Bürstendichtungsanordnung 1 mit
großem
Durchmesser hergestellt wird.
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Eine
Rücksprungsschicht 12A besteht
aus mehreren Bürstendichtungseinheiten 2P,
die zur Ringform zusammengesetzte Bürstendichtungsteilstücke 4 sind,
und eine Vorsprungsschicht 12B besteht aus mehreren Bürstendichtungseinheiten 2P mit
anderem Innendurchmesser, und die Rücksprungsschicht 12A und
die Vorsprungsschicht 12B sind abwechselnd geschichtet,
um am freien Ende 5 der Bürstendichtung 2 einen
Rücksprungs-
und Vorsprungsbereich 13 auszubilden, wie in 5 dargestellt.
Auf diese Weise kann jede Größe von Bürstendichtungsanordnungen 1 aus
der dünnen
Platte mit geringer Fläche
unabhängig
vom Durchmesser des rotierenden Teils 60 einfach hergestellt
werden.
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Als
Nächstes
wird noch eine weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die bevorzugte zweite
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bürstendichtungsanordnung 1 umfasst
eine Stützplatte 6 mit
einer Stützfläche 7,
die mit einem Befestigungsbereich 3 einer Bürstendichtung 2 kombiniert
ist, um eine Seitenfläche
der Bürstendichtung 2 zu
stützen,
und einen Haltebereich 10, der den Befestigungsbereich 3 der Bürstendichtung 2 mit
der Stützplatte 6 trägt.
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In
der Bürstendichtungsanordnung 1 der zweiten
Ausführungsform
steuert ein durch eine Stützplatte 6 gestützter Rücksprungs-
und Vorsprungsbereich 13 auch, wenn ein rotierendes Teil 60 derart
schwingt, dass auf der anderen Seite ein Zwischenraum zwischen einem
freien Ende 5 und einer gegenüberliegenden Oberfläche entsteht,
die Strömung
abgedichteten Fluids derart, dass Verbreiterungsverlust und thermodynamischer
Verlust des Fluids, das zwischen dem Rücksprungs- und Vorsprungsbereich 13 fließt, sich
zur viskosen Verschleppung addieren, und der Fluidwiderstand des Fluids,
das zwischen dem Rücksprungs-
und Vorsprungsbereich 13 fließt, vergrößert wird, so dass der Vorteil
verringerten Ausleckens abgedichteten Fluids erzielt wird. Außerdem kann
dadurch, dass die Bürstendichtung 2 von
der Stützplatte 6 und
dem Haltebereich 10 beiderseits gestützt wird und von der Stützplatte 6 auch
gegen Druckeinwirkung des abgedichteten Fluids gestützt wird,
die Form des Rücksprungs- und Vorsprungsbereichs 13 am
freien Ende 5 aufrechterhalten werden, um eine Labyrinthwirkung zu
erzielen, auch wenn der Druck des abgedichteten Fluids hoch ist.
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Die
Bürstendichtungsanordnung 1 der
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Bürstendichtungseinheit 2P,
die eine Rücksprungsschicht 12A bildet,
die Schlitze 9 aufweist, die in Bewegungsrichtung des anderen
Teils geneigt sind, und umfasst auch eine Bürstendichtungseinheit 2P,
die eine Vorsprungsschicht 12B bildet, die S-förmige Schlitze 9 oder
S-förmige
Seiten am freien Ende 5 aufweist, die in radialer Richtung als
gerade Stäbe 14 ausgebildet
sind.
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In
der Bürstendichtungsanordnung 1 der
dritten Ausführungsform
befindet sich die Vorsprungsschicht 12B nahe dem anderen
Teil, beispielsweise dem rotierenden Teil 60, und die Schlitze 9 in
der Vorsprungsschicht 12B sind S-förmig ausgebildet, so dass ein
Bürstenbereich 8 durch
das rotierende Teil 60 elastisch verformt wird, um die
Andruckkraft zu reduzieren, wenn das rotierende Teil 60 schwingt
und auf ein freies Ende 5 der Bürstendichtung 2 drückt. So
kann durch die Reibung am rotierenden Teil 60 verursachte
Abnutzung der Bürstendichtung 2 vermieden
werden.
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Da
die Rücksprungsschicht 12A mit
geneigten Schlitzen 9 ausgebildet wird, kann außerdem die Federkonstante
des S-förmigen
Bürstenbereiches 8 geringer
sein, als die des geneigten Bürstenbereiches 8,
und in Richtung eines Durchmessers elastisch verformt werden, und
der geneigte Bürstenbereich 8 kann
mehrteilig gestützt
werden. So kann der Bürstenbereich
die einwirkende Kraft bei Neigung der Rücksprungsschicht 12A in
einer Richtung mehrteilig aufnehmen, indem die zusammengesetzte Elastizitätskraft
der Bürstendichtungsanordnung 1 erlaubt,
dem Druck des rotierenden Teils durch zusammengesetzte Schwingung
zu folgen. Dies ermöglicht
eine wirksame Abdichtungswirkung trotz Schwingungskraft des rotierenden
Teils 60. Außerdem
schließt
die Kombination von Schlitzen 9, deren Richtungen nicht
gleich sind, die Zwischenräume zwischen
den Schlitzen 9, so dass eine Abdichtungswirkung erzielt
wird.
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In
der Bürstendichtungsanordnung 1 der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kreuzen sich die Schlitze 9 jeder
Bürstendichtungseinheit 2P in
der Schichtungsrichtung.
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In
der Bürstendichtungsanordnung 1 der vierten
Ausführungsform
kreuzen sich Schlitze 9 der Bürstendichtungseinheiten 2P in
der Schichtungsrichtung, so dass aneinanderliegende Bürstenteile 8 die
Zwischenräume
zwischen jedem Schlitz 9 schließen, wodurch abgedichtetes
Fluid durch die Bürstendichtung 2,
die sich wie eine Platte verformt, wirksam abgedichtet werden kann.
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Die
Bürstendichtungsanordnung 1 der
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst eine Bürstendichtungseinheit 2P,
die eine Vorsprungsschicht 12B bildet, die über Schlitze 9 verfügt, die
in der Bewegungsrichtung des anderen Teils geneigt sind, und die
Bürstendichtungseinheit 2P,
die eine Rücksprungsschicht 12A bildet,
ist als dünne Platte
ohne Schlitz 9 ausgebildet oder als eine dünne Platte,
bei der die Breite des Bürstenbereichs 8 der Rücksprungsschicht 12A größer ist,
als die des Bürstenbereichs 8 der
Vorsprungsschicht 12B.
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Da
in der Bürstendichtungsanordnung 1 der fünften Ausführungsform
die Schlitze 9 der Vorsprungsschicht 12B in der
Drehrichtung beispielsweise eines rotierenden Bauteils 60 geneigt
sind, können
sie in der Drehrichtung eines rotierenden Bauteils 60 elastisch
folgen. Dadurch wird durch Reibung verursachte Abnutzung vermieden.
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Da
außerdem
die Bürstendichtungseinheit 2P,
die die Vorsprungsschicht 12B bildet, als Bürstendichtung 2 ausgebildet
ist, bei der der Abstand zwischen den Schlitzen 9 breit
ist, d. h. die Breite des Bürstenbereichs 8 groß ist, sind
die Zwischenräume zwischen
dem Teil auf der einen Seite und dem anderen Teil auf der anderen
Seite durch die Rücksprungsschicht 12A sicher
gegen das abgedichtete Fluid abgedichtet.
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Dadurch
wird zusätzlich
zu den elastischen Folgeeigenschaften der Vorsprungsschicht 12B durch
die Rücksprungsschicht 12A eine
hervorragende Abdichtungswirkung gegen das abgedichtete Fluid erreicht.
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Da
eine Bürstendichtungsanordnung
nach einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Bürstendichtungseinheiten 2P umfasst,
die abwechselnd geschichtet sind, um einen Rücksprungs- und Vorsprungsbereich
an einem freien Ende auszubilden, addieren sich zusätzlich zur viskosen
Verschleppung Verbreiterungsverlust und thermodynamischer Verlust
der Strömung
zu dem Fluid, dass durch die Rücksprungs-
und Vorsprungsfläche
strömt,
was den Fluidwiderstand erhöht.
So wird eine Abdichtungswirkung sogar bei Anwesenheit eines Zwischenraumes
zwischen einem freien Ende der Bürstendichtung
und der Außenumfangsfläche eines
rotierenden Bauteils ermöglicht.
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Da
die beiden Seiten eines freien Endes der Vorsprungsschicht einer
Bürstendichtung
als Rücksprungsschicht
ausgebildet sind, wird elastische Verformung ermöglicht und ein freies Ende
kann näher an
die gegenüberliegende
Oberfläche
der anderen Seite angepasst werden. Da außerdem die beiden Seiten eines
freien Endes der Vorsprungsschicht einer Bürstendichtung als Rücksprungsfläche ausgebildet
sind, wird die Flexibilität
erhöht,
wodurch das freie Ende näher
an einem rotierenden Bauteil angeordnet werden kann und der Vorteil
erhöhter
Abdichtungswirkung zwischen dem freien Ende und dem rotierenden
Bauteil erzielt werden kann.