DE10221114C1 - Dichtung für Strömungsmaschinen - Google Patents
Dichtung für StrömungsmaschinenInfo
- Publication number
- DE10221114C1 DE10221114C1 DE2002121114 DE10221114A DE10221114C1 DE 10221114 C1 DE10221114 C1 DE 10221114C1 DE 2002121114 DE2002121114 DE 2002121114 DE 10221114 A DE10221114 A DE 10221114A DE 10221114 C1 DE10221114 C1 DE 10221114C1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- hollow
- seal according
- hollow spheres
- previous ones
- seal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Revoked
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
- F01D11/08—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
- F01D11/12—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
- F01D11/122—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Gasket Seals (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft Dichtungen für Strömungsmaschinen, die an Rotorelementen und/oder einem Stator angeordnet oder ausgebildet sein können und die erfindungsgemäßen Dichtungen können vorteilhaft unter Bedingungen mit erhöhter thermischer Wechselbeanspruchung eingesetzt werden. Dabei soll die Aufgabe gelöst werden, dass auch bei stark wechselnden thermischen Beanspruchungen nahezu konstante Spaltmaßverhältnisse, die einen höheren Wirkungsgrad hervorrufen, in weiten Grenzen erreichbar sind. Hierzu ist die Dichtung aus punktuell miteinander verbundenen Hohlkugeln und/oder Hohlkugelsegmenten gebildet.
Description
Die Erfindung betrifft Dichtungen für Strömungsma
schinen, die an Rotorelementen und/oder einem Stator
einer Strömungsmaschine angeordnet oder ausgebildet
sein können. Wegen der vorteilhaften Eigenschaften
der erfindungsgemäßen Dichtungen können diese insbe
sondere bei solchen Strömungsmaschinen eingesetzt
werden, die thermischer Wechselbeanspruchung unterzo
gen werden, d. h. dass die Temperatur beim Einsatz
solcher Strömungsmaschinen stark schwankt, also eine
starke Erwärmung beim Betrieb auftreten kann.
Die erfindungsgemäßen Dichtungen können daher beson
ders vorteilhaft bei entsprechend hochthermisch bean
spruchten Verdichtern in allgemeiner Form, bei Abgas
turboladern und auch bei Gasturbinen, wie sie z. B. im
Fahrzeugbau Einsatz finden, eingesetzt werden.
Bei Strömungsmaschinen hängt deren Wirkungsgrad, un
ter anderem auch wesentlich von der Einhaltung klei
ner Spaltmaße zwischen den Rotorelementen und der
Statorwand ab, um den Volumenstrom des jeweiligen
Fluides, der in unerwünschter Form, durch den Spalt
zwischen den stirnseitigen Enden der rotierenden Ele
mente und der Statorwandung gelangen kann, möglichst
klein zu halten.
Auch bei Verwendung gleicher Werkstoffe, mit demzu
folge gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten gelingt
es jedoch, wegen der verschiedenen Größenverhältnisse
und Dimensionierungen dieser Rotor- und Statorelemen
te nicht, dieses Spaltmaß bei den verschiedenen Be
triebstemperaturen konstant zu halten.
Wegen der Wärmeausdehnung wird daher die Dimensionie
rung, der das Spaltmaß beeinflussenden Elemente häu
fig unter dem Sicherheitsaspekt durchgeführt, so dass
die in Rede stehenden Strömungsmaschinen auch bei Be
triebstemperaturbereichen betrieben werden, in denen
das jeweilige Spaltmaß den Wirkungsgrad der Strö
mungsmaschine erheblich reduziert.
Häufig werden die Strömungsmaschinen auch unter ex
tremen Bedingungen, was insbesondere die thermische
Festigkeit und die Korrosionsbeständigkeit betrifft,
betrieben.
Insbesondere aus erstgenanntem Grunde wird daher ge
fordert, dass solche Dichtungen oder Dichtelemente
bestimmte thermische Eigenschaften aufweisen sollen.
Dies kann beispielsweise eine erhöhte thermische Iso
lationswirkung oder auch eine bestimmte günstige und
gezielte Wärmeleitung, für eine Ableitung von Abwärme
sein.
Aus diesen Gründen, sind die Verwendung von Waben
strukturen, auch "honey combs" bezeichnet, aus dem
Stand der Technik bekannt. Mit einer solchen geomet
rischen Gestaltung können sowohl die thermische Iso
lation, wie auch eine spezifische mechanische Festig
keit erreicht werden, die einmal größer als die des
verwendeten homogenen Werkstoffes und zum anderen bei
zumindest ausreichender Festigkeit einen reduzierten
Werkstoffeinsatz zur Folge haben.
Das Problem der unterschiedlichen Spaltmaße, bei den
verschiedenen Betriebstemperaturen der Strömungsma
schinen kann aber mit solchen Wabenstrukturen nur in
geringen Grenzen beseitigt werden, da die Stege einer
solchen Wabenstruktur aus Festigkeitsgründen bestimm
te Ausrichtungen aufweisen müssen und die jeweilige
Stegausrichtung auch die Gesamtwärmeausdehnung eines
solchen Dichtelementes richtungsabhängig vorgeben und
beeinflussen. So sind die Wandungen solcher Waben,
wie z. B. in EP 0 967 363 A2 beschrieben, senkrecht
zum zu dichtenden Spalt, auch in einem dort als An
streif-Abschnitt bezeichneten Teil einer Dichtung,
ausgerichtet. Dadurch wird durch die Ausrichtung der
Wandungen auch die Richtung der maximalen Wärmeaus
dehnung vorgegeben. Dies ist aber bei solchen An
streifdichtungen eher kontraproduktiv, da es beim Be
trieb infolge unmittelbarer Berührungen von Rotorele
menten zu inreversiblen und nicht kompensierbaren
Werkstoffabtrag kommt. Dementsprechend ist nach einer
kurzen Einlaufphase bei niedrigeren Betriebstempera
turen ein größeres Spaltmaß die Folge.
Strömungskanalsegmente zur Verwendung in Gasturbinen
maschinen und insbesondere keramische abreibbare Be
schichtungen für solche Strömungskanalsegmente sind
in DE 696 11 138 T2 beschrieben. Ein solches segmentier
tes abreibbares keramisches Beschichtungssystem auf
einem metallischen Substrat soll aus mehreren Einzel
schichten hergestellt werden. Für die Herstellung
hohle auch kugelförmige Ausgangspulver eingesetzt
werden, die mittels herkömmlicher Plasmaspritz-
Verfahren auf das jeweilige Substrat aufgebracht wer
den sollen.
In DE 34 24 661 A1 ist ein Einlaufbelag für Strö
mungsmaschinen, insbesondere Gasturbinen beschrieben,
der eine moderate Härte aufweisen soll und aus kugel
förmigen Pulverteilchen mit nichmetallischem Kern und
metallischer Hülle in Schichttechnik hergestellt wer
den soll, wobei als bevorzugtes Herstellungsverfahren
das Sintern Erwähnung findet.
Von der Fraunhofer-
Gesellschaft wurde in einem Prospekt aus dem Jahre
2001 auf die prinzipielle Eignung von Hohlkugeln für
die Anwendung als abrasive Dichtungen hingewiesen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Dichtung für
Strömungsmaschinen vorzuschlagen, die auch bei stark
wechselnden thermischen Beanspruchungen, nahezu kon
stante Spaltmaßverhältnisse gewährleisten kann, die
einen höheren Wirkungsgrad in weiten Grenzen bewir
ken.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Dich
tung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, ge
löst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiter
bildungen der Erfindung können mit den in den unter
geordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht
werden.
Die erfindungsgemäßen Dichtungen werden aus punktuell
miteinander verbundenen Hohlkugeln und/oder Hohlku
gelsegmenten gebildet. Eine solche Dichtung kann im
Dichtspaltbereich sowohl an Rotorelementen, wie auch
an entsprechenden Bereichen eines Stators von Strö
mungsmaschinen angeordnet oder daran ausgebildet
sein.
Dabei soll eine solche Dichtung mit mindestens eine
Lage bildenden Hohlkugeln ausgebildet sein.
In der Regel wird es aber günstiger sein, eine solche
Dichtung aus mehreren übereinander angeordneten Lagen
solcher Hohlkugeln zu bilden. Dabei können die jewei
ligen Hohlkugeln der einzelnen Lagen bei jeweils
gleichen Außendurchmessern in versetzter Anordnung
punktuell miteinander verbunden werden.
Vorteilhaft kann aber auch ein gradierter Außendurch
messerübergang von Hohlkugeln in den einzelnen Lagen
einer solchen mehrlagigen Dichtung gewählt werden. In
diesem Fall sollten die Außendurchmesser der Hohlku
geln in den einzelnen Lagen sukzessiv größer werden,
so dass der Außendurchmesser der Hohlkugeln ausgehend
von der auf den zu dichtenden Spalt weisenden ober
sten Lage vergrößert ist.
Durch die Kugelform wird eine nahezu gleiche Wär
meausdehnung der gesamten Dichtung in alle Richtungen
erreicht, so dass im Gegensatz zu den aus dem Stand
der Technik bekannten Lösungen eine Reduzierung der
Wärmeausdehnung, die einen negativen Einfluß auf das
jeweilige Spaltmaß bei den unterschiedlichen Betrieb
stemperaturen zur Folge hat, in Spaltrichtung er
reicht wird. Bezüglich der Wärmeausdehnung kann quasi
isotropes Verhalten erreicht werden und die Wärmeaus
dehnung zu großen Teilen intern kompensiert werden.
Dabei wirkt sich auch die lediglich punktuelle Ver
bindung der Hohlkugeln untereinander vorteilhaft aus.
Bei der punktuellen Verbindung der einzelnen Hohlku
geln miteinander sollte gewährleistet sein, dass ma
ximal 25% der Oberfläche der Hohlkugeln einen Kon
takt zu jeweils benachbarten anderen Hohlkugeln auf
weisen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass ent
sprechend große Oberflächenbereiche des Schalenmate
rials der Hohlkugeln elastisch verformt werden kön
nen, so dass auch dadurch ein gewisses Maß der Wär
meausdehnung kompensiert und Eigenspannungen im Werk
stoff vermieden werden können.
Das räumliche Wärmeausdehnungsverhalten erfindungsge
mäßer Dichtungen ist bei bekannten Eigenschaften, Di
mensionierung und Anordnung der eingesetzten Hohlku
geln definiert und kann entsprechend der jeweiligen
Betriebsbedingungen und hier insbesondere der Be
triebstemperaturen vorab berücksichtigt werden.
Dies ist bei porösen geschäumten Strukturen, wegen
der regellosen Anordnung und Größe der Einzelporen,
die auch für Dichtungen eingesetzt worden sind, nicht
möglich.
Die lediglich punktuelle Verbindung mit entsprechend
kleinen Berührungsflächen reduziert auch die Wärme
leitung und es wird außerdem Konvektion zumindest be
hindert, letzteres wirkt sich verstärkt bei reduzier
ten Innendrücken der Hohlkugeln aus. In jedem Fall
wird die Wärmeisolation mit Hohlkugeln erhöht, wenn
vergleichbare Werkstoffe eingesetzt werden.
Bei der vorteilhaften Ausbildung einer erfindungsge
mäßen Dichtung mit mehreren in Bezug zum abzudichten
den Spalt übereinander angeordneten Lagen, können ne
ben der bereits erwähnten Verwendung von Hohlkugeln
mit verschiedenen Außendurchmesser-Fraktionen zusätz
liche Vorteile erzielt werden.
Bei einer mehrlagigen Anordnung sollten die Mittel
punkte der Hohlkugeln innerhalb einer Lage eindimen
sional betrachtet, auf einer gemeinsamen Achse ange
ordnet sein.
So kann eine mehrlagige Ausbildung die verschiedenen
mechanischen und thermischen Einflußnahmemöglickeiten
berücksichtigen.
Es können für die einzelnen Lagen auch Hohlkugeln mit
Schalen aus unterschiedlichen Werkstoffen eingesetzt
werden, so dass entweder beispielsweise höhere mecha
nische Festigkeiten, eine erhöhte Wärmeisolation
und/oder eine verbesserte Wärmeabfuhr infolge erhöh
ter Wärmeleitfähigkeit eines solchen für die Schalen
von Hohlkugeln eingesetzten Werkstoffes, ausgenutzt
werden können.
Die Schalen von erfindungsgemäß einzusetzenden Hohl
kugeln können zumindest nahezu porenfrei sein, um das
Eindringen von Fluid zu verhindern und Gasdichtheit
zu gewährleisten.
Bei den vorteilhaft pulvermetallurgisch hergestellten
Hohlkugeln sollte eine minimale Porosität der Schalen
von 90%, bevorzugt von mindestens 92% und besonders
bevorzugt von mindestens 98% erreicht worden sein.
Die Porosität der Hohlkugeln kann auch gradiert sein
und ausgehend vom Dichtspalt größer werden.
Dabei sollten Ausgangspulver eingesetzt werden, deren
mittlerer Korndurchmesser d50 bei maximal 20% der
jeweiligen Schalendicke und deren maximaler Durchmes
ser d95 bei maximal 50% der jeweiligen Schalendicke
liegt.
Die Porenfreiheit ist außerdem ein Erfordernis, wenn
Hohlkugeln mit erhöhter Wärmeisolation eingesetzt
werden, deren Innendruck unterhalb des Atmosphären
druckes liegt, wobei der Innendruck solcher sogenann
ter Vakuumkugeln, gegenüber dem Atmosphärendruck
deutlich reduziert sein sollte.
Die für erfindungsgemäße Dichtungen einsetzbaren
Hohlkugeln können aus unterschiedlichen Werkstoffen
gebildet sein. So können die für eine Dichtung einge
setzten Hohlkugeln aus einem jeweils gleichen Werk
stoff, aber auch, wie bereits erwähnt, aus einer Aus
wahl mehrerer solcher Werkstoffe, insbesondere bei
mehrlagig ausgebildeten Dichtungen bestehen.
So können die Schalen der erfindungsgemäß zu verwen
denden Hohlkugeln aus hochtemperaturstabilen Metall-
Legierungen, wie z. B. Nickel-, Cobalt-, Titan- oder
Eisen-Basis-Legierungen gebildet werden.
So ist z. B. eine Eisenlegierung mit 20 Masse-% Cr, 6
Masse-% Al sowie geringen Anteilen an Reaktivelemen
ten gut geeignet.
So können z. B. unter der Handelsbezeichnung Haynes
214, Hastelloy X oder PM 2000 eingesetzt werden.
Insbesondere ein Anteil von mindestens 4 Masse-% Alu
minium bei Legierungen oder eines intermetallischen
Werkstoffes kann sich vorteilhaft auswirken.
So ist es bei normalen Betriebsbedingungen möglich,
dass eine schützende Deckschicht aus Al2O3 gebildet
wird, die auch bei Abplatzungen wieder regenerativ
nachgebildet werden kann. Dieser Effekt kann aber
auch bei Hohlkugeln aus Aluminium oder Aluminiumle
gierungen ausgenutzt werden.
Mit entsprechenden höheren Anteilen von mindestens
4 Masse-% Aluminium oder auch geeigneten Metallen
kann aber auch der punktuelle Verbund der jeweiligen
eine Dichtung bildenden Hohlkugeln untereinander
durch sogenanntes Diffusionsschweißen erreicht wer
den, wenn die Hohlkugeln überwiegend aus höherschmel
zenden Komponenten als Aluminium gebildet werden.
Eine solche Diffusionsschweißverbindung der Hohlku
geln ist aber auch gleichzeitig oder nachfolgend mit
einem Träger oder unmittelbar auf einem Stator- oder
Rotorteil möglich.
Dabei kann auch in die Grundwerkstoffe, z. B. Eisen-
Basis-Legierungen eindiffundiertes Aluminium die Oxi
dationsbständigkeit erhöhen.
Es können aber auch intermetallische Werkstoffe auf
Eisen-, Titan- oder Nickelbasis eingesetzt werden.
In anderer Form, insbesondere unter dem Aspekt einer
erhöhten Isolationswirkung, können für die Schalen
von Hohlkugeln auch Silicide, bevorzugt Molybdän-
oder Wolframsilicid oder Aluminide, wie z. B. Nickel-
Aluminid, Titanaluminid oder Eisenaluminid eingesetzt
werden.
Mit solchen intermetallischen Werkstoffen kann eine
Erhöhung der maximalen Betriebstemperatur und dadurch
eine Erhöhung des Wirkungsgrades erreicht werden, was
insbesondere bei Gasturbinen wünschenswert ist.
Außerdem soll darauf hingewiesen werden, dass solche
intermetallischen Werkstoffe technologisch zwar zur
Herstellung von Hohlkugeln geeignet sind. Eine Her
stellung von an sich bekannten Wabenstrukturen oder
auch porösen Strukturen aus solchen intermetallischen
Werkstoffen aber zumindest aus Kostengründen ausge
schlossen ist.
Insbesondere wegen des Wärmeausdehnungsverhaltens
eignen sich auch sogenannte Glas-Keramiken, z. B. un
ter der Handelsbezeichnung Ceran bekannte, für die
Herstellung von für Dichtungen verwendbare Hohlku
geln.
Werden für die Hohlkugeln Metalle, Metall-Legierun
gen, Keramiken oder die bereits erwähnten intermetal
lischen Werkstoffe, als Werkstoffe für solche Hohlku
geln eingesetzt, kann die punktuelle Verbindung der
jeweiligen Hohlkugeln durch Sintern und demzufolge
mit an sich bekannten Sinterbrücken hergestellt wer
den.
Bei der Auswahl des jeweiligen Kugelwerkstoffes,
sollte jedoch die entsprechende Wärmeausdehnung zum
einen unter Berücksichtigung des Werkstoffes, aus dem
die jeweiligen Rotorelemente oder der jeweilige Sta
tor gebildet sind und zum anderen bei Verwendung un
terschiedlicher Hohlkugelwerkstoffe auch die jeweils
verwendeten Werkstoffe für solche Hohlkugeln berück
sichtigt werden.
Unter anderem sind Herstellungsverfahren für Hohlku
geln bekannt, bei denen in der Regel unter Zugabe ei
nes Bindemittels auf einen sphärischen Körper aus ei
nem polymeren Material ein Überzug, der im Wesentli
chen aus dem die eigentliche Schale einer Hohlkugel
bildenden Werkstoff besteht, ausgebildet wird. Im An
schluß an eine Trocknung, wird eine weitere Erwär
mung, die zum Austreiben der Kohlenwasserstoffe durch
einen sogenannten Pyrolyseprozess führt, durchgeführt
und ein bereits in seinem Inneren hohler Grünkörper
kann dann nachfolgend bei weiterer Temperaturerhöhung
dicht gesintert werden.
Für die Herstellung von erfindungsgemäßen Dichtungen
können aber mehrere Verfahrensschritte miteinander
kombiniert werden.
Dies betrifft insbesondere das Sintern, wobei die be
reits erwähnten Grünkörper entsprechend der später
gewünschten Gestaltung der Dichtung zueinander ange
ordnet und bei einem Sinterprozess sowohl die Schalen
der Hohlkugeln dicht und die benachbart zueinander
angeordneten Kugeln punktuell miteinander gleichzei
tig versintert werden können.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, die später mit
einander zu versinternden, die eigentliche Dichtung
bildenden Hohlkugeln bereits vor dem eigentlichen
Sintern entsprechend zueinander anzuordnen, also den
Pyrolyseschritt bereits mit entsprechender Anordnung
der einzelnen Hohlkugeln, die zu diesem Zeitpunkt
noch die polymeren Kerne beinhalten können, vorzuneh
men. In diesem Fall können die in diesem Stadium noch
verformbaren Hohlkörper gegen eine Forminnenwand mit
einer Druckkraft beaufschlagt werden, so dass die
später in Richtung auf den zu dichtenden Spalt wei
senden Oberflächen von Hohlkugeln abgeflacht sind.
Gleichzeitig werden durch Erwärmung und Überführung
der den Kern bildenden Kohlenwasserstoffe in die Gas
phase, die Kohlenwasserstoffe ausgetrieben und der
Hohlraum im Inneren der Hohlkugeln ausgebildet. Der
Sinterprozess kann dann noch innerhalb des Formwerk
zeuges, aber auch außerhalb von diesem durchgeführt
werden.
Neben der Verbindung der Hohlkugeln durch Sintern,
können diese auch in anderer Form, z. B. durch Löten
oder mit Bindemitteln miteinander verbunden und so
die Dichtung in Form gebracht und gehalten werden.
Die letztgenannten Verbindungstechniken eignen sich
insbesondere für Betriebstemperaturobergrenzen, zu
mindest unterhalb 1000°C.
Bei der erfindungsgemäßen Dichtung können die einzel
nen punktuell miteinander verbundenen Hohlkugeln auch
zwischen den Hohlkugeln Hohlräume bilden, die eine
erhöhte Wärmeisolation bewirken können.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, durch gezielte
Anordnung der Hohlkugeln oder durch entsprechend ge
zielte Auswahl und Anordnung von Hohlkugeln mit ent
sprechenden Außendurchmessern, solche Hohlräume in
Kanalform auszubilden. Diese Kanäle können dann be
vorzugt als Kühlkanäle, durch die ein entsprechend
geeignetes Kühlmedium geführt werden kann, ausgebil
det sein.
Es ist aber auch denkbar, ein vorgewärmtes Medium
durch solche Kanäle zu führen, um durch entsprechen
den Wärmeaustausch eine Vorwärmung einer erfindungs
gemäßen Dichtung zu erreichen.
Es besteht die Möglichkeit, die erfindungsgemäße
Dichtung unmittelbar auf einem Rotorelement oder ei
nem entsprechenden Bereich eines Stators auszubilden,
wobei zumindest das punktuelle versintern der einzel
nen Hohlkugeln, in diesem Fall gleichzeitig, durchge
führt werden kann.
Eine erfindungsgemäße Dichtung kann aber auch im Gan
zen oder als Einzelteile einer solchen Dichtung vorab
gesondert hergestellt und ein solches Dichtungsele
ment oder einzelne Dichtungselemente dann nachfolgend
an einer Innenwandung eines Statorgehäuses oder einer
äußeren Stirnfläche eines Rotorelementes befestigt
werden.
Die Befestigung kann in unterschiedlicher Form er
reicht werden. So besteht eine formschlüssige Verbin
dungsmöglichkeit durch entsprechende Gestaltung und
Dimensionierung der Dichtung, so dass eine solche
Dichtung, beispielsweise in eine im Inneren eines
Statorgehäuses ausgebildete, umlaufende Nut einge
setzt werden kann.
Es sind aber auch Löt-, Schweiß-, Schraub- oder
Nietverbindungen sowie ein Aufsintern oder das be
reits erwähnte Diffusionsschweißen denkbar.
Insbesondere im Hochleistungsbereich betriebene Strö
mungsmaschinen, bei denen sowohl höhere Betriebstem
peraturen, wie auch hohe Relativgeschwindigkeiten
zwischen statischen und rotierenden Elementen der
Strömungsmaschine zu verzeichnen sind, kann eine me
chanische Bearbeitung bestimmter Oberflächenbereiche
eines oder mehrerer Dichtungselemente vorteilhaft
sein. Dies betrifft insbesondere die Fläche solcher
Dichtungselemente, die in Richtung auf den Dichtspalt
weist. Mittels einer entsprechenden zerspanenden Be
arbeitung kann die gewünschte Maßhaltigkeit herge
stellt werden. Durch den damit verbundenen Werk
stoffabtrag werden an dieser Fläche von Dichtungsele
menten die Schalen der Hohlkugeln teilweise entfernt,
so dass dieser Dichtflächenbereich aus in Richtung
auf den Dichtspalt offenen Hohlkugelsegmenten gebil
det werden kann.
Die daraus resultierende Festigkeitsverringerung ist
unkritisch.
Die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Dich
tungen eingesetzten Hohlkugeln können eine sehr ge
ringe Wandstärke aufweisen, die üblicherweise ≦ 0,5 mm
sein kann.
Auch mit diesen kleinen Wanddicken solcher Hohlkugeln
kann eine ausreichend hohe Stabilität und Festigkeit
erreicht werden. Es können Hohlkugeln mit Außendurch
messern im Bereich von 0,5 bis 10 mm, bei mehrlagiger
Anordnung auch mit aus diesem Bereich ausgewählten
unterschiedlichen Durchmesserfraktionen eingesetzt
werden.
Der Aufgriff des erfindungsgemäßen Gedankens, nämlich
für in Rede stehende Dichtungen punktuell miteinander
verbundene Hohlkugeln und/oder Hohlkugelsegmente ein
zusetzen, können unter Berücksichtigung der unter
schiedlichen Betriebsbedingungen diesen entsprechende
Dichtungskompositionen zur Verfügung gestellt werden.
Durch entsprechend gezielte Variation der Außen- und
Innendurchmesser der eingesetzten Hohlkugeln, deren
gezielte Anordnung im Verbund ermöglichen Einfluss
nahmen auf die räumliche Wärmeausdehnung, die Wärme
leitung und demzufolge auch auf die erreichbare Wär
meisolation.
Des weiteren besteht die Möglichkeit der Auswahl ent
sprechend geeigneter Werkstoffe, was insbesondere die
mechanische Festigkeit und die thermische Stabilität
betrifft.
Außerdem können für die verschiedensten möglichen
Einsatzfälle auch die Porosität der Hohlkugelschalen,
die Elastizität, die Duktilität und bei Bedarf auch
ein gewisses Maß an Sprödheit eingehalten werden.
Für eine Beeinflussung der thermischen Eigenschaften,
was insbesondere die Wärmeleitfähigkeit und die Wär
meisolation betrifft, sind zusätzlich nicht unbedingt
Werkstoffe mit hierfür günstigeren Eigenschaften, als
Deckschichten, Beschichtungen oder Füllmaterialien
erforderlich.
Gegenüber den aus EP 0 976 363 A2 bekannten Waben
strukturen können mit entsprechend ausgebildeten er
findungsgemäßen Dichtungen Anstreifdichtelemente er
halten werden, mit denen der unmittelbare Kontakt von
heißen Verbrennungsgasen im Wesentlichen auf den Be
reich des abzudichtenden Spaltes begrenzt ist und ein
Eindringen der heißen Verbrennungsgase in tiefer lie
gende Bereiche der Dichtung vermieden und die Wärmei
solationswirkung erhöht werden kann.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher be
schrieben werden.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine mehrlagige Anordnung von Hohlkugeln
für ein Beispiel einer erfindungsgemäßen
Dichtung, bei der die Hohlkugeln in jeweils
benachbarten Lagen versetzt zueinander an
geordnet sind;
Fig. 2 ein Beispiel für eine mehrlagige Anordnung
von Hohlkugeln, bei der die Hohlkugeln in
den einzelnen Lagen übereinander angeordnet
sind und
Fig. 3 eine mehrlagige Anordnung von Hohlkugeln
mit jeweils gradierten Außendurchmessern in
den einzelnen Lagen.
Mit den Fig. 1 und 2 sollen Möglichkeiten gezeigt
werden, wie für eine erfindungsgemäße Dichtung Hohl
kugeln mit jeweils gleichen Außendurchmessern in meh
reren Lagen angeordnet und punktuell miteinander ver
bunden werden können.
Dabei sind bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel die
Hohlkugeln jeweils benachbarter Lagen, versetzt zu
einander angeordnet. Dadurch sind die Oberflächenbe
reiche der einzelnen Hohlkugeln, die mit jeweils be
nachbarten Oberflächenbereichen weiterer Hohlkugeln
berührend miteinander verbunden sind, gegenüber der
Anordnung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, größer.
Dadurch kann eine erhöhte mechanische Festigkeit und
eine dichtere Struktur einer so ausgebildeten Dich
tung, im Vergleich, zu der Anordnung und Verbindung
von Hohlkugeln nach Fig. 2 erreicht werden.
Durch die Anordnung und Verbindung von Hohlkugeln,
wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, bei der die Mittel
punkte der Hohlkugeln in den einzelnen Lagen sowohl
in vesrtikaler, wie auch in horizontaler Richtung je
weils auf einer Achse liegen, sind die durch die
punktuellen Verbindungen betroffenen Oberflächenbe
reiche der Hohlkugeln kleiner, als bei der in Fig. 1
gezeigten Anordnung. Dadurch können größere Bereiche
der Hohlkugelschalen elastisch verformt werden und
dementsprechend ein höheres Maß an Wärmeausdehnung
intern innerhalb der Dichtung kompensiert werden.
Des weiteren sind die Hohlräume zwischen den Hohlku
geln gegenüber dem Beispiel, wie es in Fig. 1 ge
zeigt ist, vergrößert, so dass auch eine erhöhte Wär
meisolation erreicht werden kann.
Mit Fig. 3 ist eine weitere vorteilhafte Möglich
keit, für die Ausbildung einer erfindungsgemäßen
Dichtung angedeutet worden.
Hierbei wird die oberste Lage, die in Richtung auf
den zu dichtenden Spalt weist, aus Hohlkugeln mit re
lativ kleinem Außendurchmesser gebildet. Die darun
terliegenden, nachfolgenden Lagen werden dann aus
Hohlkugeln mit jeweils größeren Außendurchmessern ge
bildet.
Mit den kleineren Außendurchmessern kann in Richtung
auf den zu dichtenden Spalt eine dichtere Struktur
erreicht werden, die in diesem Bereich häufig ge
wünscht ist.
Mit den vergrößerten Außendurchmessern in den nach
folgenden Lagen, kann dann eine verbesserte Wärmeaus
dehnungskompensation und eine erhöhte Wärmeisolati
onswirkung erreicht werden.
Claims (30)
1. Dichtung für Strömungsmaschinen, die an Rotor
elementen und/oder einem Stator angeordnet oder
ausgebildet ist, um bei thermischer Wechselbean
spruchung nahezu konstante Spaltmaßverhältnisse
einzuhalten,
dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung aus
punktuell miteinander verbundenen Hohlkugeln
und/oder Hohlkugelsegmenten gebildet ist, wobei
maximal 25% der Oberfläche der Hohlkugeln einen
Kontakt zu jeweils benachbarten weiteren Hohlku
geln aufweisen.
2. Dichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfläche
zwischen den einzelnen miteinander verbundenen
Hohlkugeln jeweils zwischen 5 und 25% der Ge
samt-Hohlkugeloberfläche beträgt.
3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkugeln min
destens eine Lage auf einer Dichtfläche eines
Rotorelementes und/oder eines Stators bilden.
4. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Hohlkugeln mit mindestens zwei unterschiedlichen
Außendurchmesser-Fraktionen punktuell miteinan
der verbunden sind.
5. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei
einer mehrlagigen Ausbildung in den einzelnen
Lagen jeweils unterschiedliche Außendurchmesser-
Fraktionen von Hohlkugeln miteinander verbunden
sind.
6. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hohlkugeldurchmesser in einer mehrlagigen Aus
bildung gradiert sind.
7. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hohlkugelaußendurchmesser, ausgehend von der in
Richtung auf den zu dichtenden Spalt weisenden
Lage, von Lage zu Lage vergrößert sind.
8. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei
mehrlagiger Ausbildung, in den einzelnen Lagen,
die Hohlkugeln aus unterschiedlichen Werkstoffen
gebildet sind.
9. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schalen der Hohlkugeln dicht und porenfrei aus
gebildet sind.
10. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu
mindest teilweise Hohlkugeln mit gegenüber dem
Außendruck reduziertem Innendruck vorhanden
sind.
11. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hohlkugeln aus einer Hochtemperatur-Metall-
Legierung gebildet sind.
12. Dichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkugeln aus
einer hochwarmfesten Eisen-, Cobalt-, Titan-
oder Nickelbasislegierung gebildet sind.
13. Dichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass Chrom und/oder Alu
minium als Legierungselemente enthalten sind.
14. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf den
Hohlkugelschalen eine Deckschicht aus Al2O3 aus
gebildet ist.
15. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hohlkugeln aus einem intermetallischen Werkstoff
gebildet sind.
16. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hohlkugeln aus einem Silicid oder Aluminid ge
bildet sind.
17. Dichtung nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkugeln aus
Molybdän-Silicid gebildet sind.
18. Dichtung nach Anspruch 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkugeln aus
Titan-, Eisen-, oder Nickel-Aluminid gebildet
sind.
19. Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1
bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlku
geln aus einer Glas-Keramik gebildet sind.
20. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwi
schen den Hohlkugeln Hohlräume ausgebildet sind.
21. Dichtung nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume so
ausgebildet und angeordnet sind, dass sie Kanäle
bilden.
22. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
in Richtung auf den zu dichtenden Spalt weisen
den Oberflächen von Hohlkugeln abgeflacht ausge
bildet sind.
23. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
aus miteinander verbundenen Hohlkugeln gebildete
Dichtung an der Innenwandung eines Statorgehäu
ses befestigbar ist.
24. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in
Richtung auf den abzudichtenden Spalt offene
Hohlkugelsegmente zumindest im Dichtspaltbereich
angeordnet sind.
25. Dichtung nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet, dass die aus den mitein
ander verbundenen Hohlkugeln gebildete Dichtung
formschlüssig am Statorgehäuse befestigbar ist.
26. Dichtung nach Anspruch 24,
dadurch gekennzeichnet, dass die aus miteinander
verbundenen Hohlkugeln gebildete Dichtung, durch
Löten, Verschweißen, Vernieten, Verschrauben,
Diffusionsschweißen und/oder Versintern am Sta
torgehäuse befestigbar ist.
27. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hohlkugeln und/oder Hohlkugelsegmente punktuell
miteinander versintert oder durch Diffusions
schweißen miteinander verbunden sind.
28. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Wandstärke der Hohlkugel und/oder Hohlkugelseg
mente kleiner als 0,5 mm ist.
29. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Außendurchmesser der Hohlkugeln Außendurchmesser
von 0,5 bis 10 mm aufweisen.
30. Dichtung nach mindestens einem der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hohlkugelschalen überwiegend geschlossenporig
mit einer Porosität von mindestens 90% ausge
bildet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2002121114 DE10221114C1 (de) | 2002-05-03 | 2002-05-03 | Dichtung für Strömungsmaschinen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2002121114 DE10221114C1 (de) | 2002-05-03 | 2002-05-03 | Dichtung für Strömungsmaschinen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10221114C1 true DE10221114C1 (de) | 2003-09-11 |
Family
ID=27740751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2002121114 Revoked DE10221114C1 (de) | 2002-05-03 | 2002-05-03 | Dichtung für Strömungsmaschinen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10221114C1 (de) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004045410A1 (de) * | 2004-09-15 | 2006-03-30 | Glatt Gmbh | Knochenersatzimplantat für human- und veterinärmedizinische Anwendungen |
DE102009016803A1 (de) * | 2009-04-09 | 2010-10-14 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Labyrinth-Anstreifdichtung für eine Strömungsmaschine |
EP2282073A1 (de) | 2009-07-08 | 2011-02-09 | voestalpine Giesserei Linz GmbH | Gleitlager |
EP3086005A1 (de) * | 2015-04-22 | 2016-10-26 | United Technologies Corporation | Abreibbare dichtung mit wärmeleitfähigen mikrokugeln |
DE102015215339A1 (de) | 2015-08-12 | 2017-02-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Dichtungselement |
DE102016221799A1 (de) | 2016-11-08 | 2017-09-21 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Dichtring, insbesondere für Wälzlager, sowie Dichtungsanordnung mit einem Dichtring |
DE102018107433A1 (de) | 2018-03-28 | 2019-10-02 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Einlaufbelagstruktur aus einem metallischen Werkstoff, Verfahren zur Herstellung einer Einlaufbelagstruktur und Bauteil mit einer Einlaufbelagstruktur |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1112350B (de) * | 1959-07-03 | 1961-08-03 | United Aircraft Corp | Bedaempfter, als Hohlkoerper ausgebildeter Koerper und Verfahren zu seiner Herstellung |
DE3424661A1 (de) * | 1984-07-05 | 1986-01-16 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Einlaufbelag einer stroemungsmaschine |
-
2002
- 2002-05-03 DE DE2002121114 patent/DE10221114C1/de not_active Revoked
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1112350B (de) * | 1959-07-03 | 1961-08-03 | United Aircraft Corp | Bedaempfter, als Hohlkoerper ausgebildeter Koerper und Verfahren zu seiner Herstellung |
DE3424661A1 (de) * | 1984-07-05 | 1986-01-16 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Einlaufbelag einer stroemungsmaschine |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
FRAUENHOFER-Institut für Fertigungstechnik u.a., Außenstelle Dresden, Prospekt über Hohlkugeln und Hohlkugelstrukturen, 4 Seiten, Jahr 2001 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004045410A1 (de) * | 2004-09-15 | 2006-03-30 | Glatt Gmbh | Knochenersatzimplantat für human- und veterinärmedizinische Anwendungen |
DE102009016803A1 (de) * | 2009-04-09 | 2010-10-14 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Labyrinth-Anstreifdichtung für eine Strömungsmaschine |
EP2241724A3 (de) * | 2009-04-09 | 2014-01-15 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG | Labyrinth-Anstreifdichtung für eine Strömungsmaschine |
EP2282073A1 (de) | 2009-07-08 | 2011-02-09 | voestalpine Giesserei Linz GmbH | Gleitlager |
EP3086005A1 (de) * | 2015-04-22 | 2016-10-26 | United Technologies Corporation | Abreibbare dichtung mit wärmeleitfähigen mikrokugeln |
US10030532B2 (en) | 2015-04-22 | 2018-07-24 | United Technologies Corporation | Abradable seal with thermally conductive microspheres |
DE102015215339A1 (de) | 2015-08-12 | 2017-02-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Dichtungselement |
DE102016221799A1 (de) | 2016-11-08 | 2017-09-21 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Dichtring, insbesondere für Wälzlager, sowie Dichtungsanordnung mit einem Dichtring |
DE102018107433A1 (de) | 2018-03-28 | 2019-10-02 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg | Einlaufbelagstruktur aus einem metallischen Werkstoff, Verfahren zur Herstellung einer Einlaufbelagstruktur und Bauteil mit einer Einlaufbelagstruktur |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3015867C2 (de) | ||
DE4238369C2 (de) | Bauteil aus einem metallischen Grundsubstrat mit keramischer Beschichtung | |
EP1275748A2 (de) | Hochtemperaturbeständiger Schutzüberzug mit eingebetteten lokalen Erhebungen sowie Verfahren zur Herstellung des Schutzüberzuges | |
DE2637443C2 (de) | ||
DE69728898T2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer verschleissbaren Dichtung, verschleissbare Dichtung, und Bauteil eines Gasturbinentriebwerks mit einer solchen verschleissbaren Dichtung | |
EP0132667B1 (de) | Thermisch hochbeanspruchte, gekühlte Turbinenschaufel | |
EP2829689B1 (de) | Dämmeinrichtung für eine thermischen Gastrubine und hiermit ausgerüstete thermische Gasturbine | |
DE102011056905A1 (de) | Kühlkanalsysteme für mit Beschichtungen überzogene Hochtemperaturkomponenten und zugehörige Verfahren | |
DE102017213845B4 (de) | Verfahren zum Beschichten von internen Verbrennungsmotorkomponenten | |
EP2783076B1 (de) | Verfahren zur panzerung der z-notch von tial-schaufeln | |
EP3093372B1 (de) | Abdeckverfahren zur herstellung einer kombination von schaufelspitzenpanzerung und erosionsschutzschicht | |
EP2501963B1 (de) | Rotationsmaschine und verfahren zum herstellen einer labyrinthdichtung | |
DE102018133001B4 (de) | Mehrschicht-thermodämmschicht mit temperaturfolgender schicht | |
CH704833A1 (de) | Komponente für eine Turbomaschine und ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Komponente. | |
EP2241724A2 (de) | Labyrinth-Anstreifdichtung für eine Strömungsmaschine | |
DE10221114C1 (de) | Dichtung für Strömungsmaschinen | |
DE3424661C2 (de) | ||
EP1475567A1 (de) | Schichtstruktur und Verfahren zur Herstellung einer Schichtstruktur | |
DE60015846T2 (de) | Kolbenringträger mit Kühlhohlraum und Verfahren zu dessen Herstellung | |
EP1606494B1 (de) | Kühlbares schichtsystem | |
EP1273675B1 (de) | Verfahren zur Herstellung einer räumlich geformten, folienartig ausgebildeten Trägerschicht aus sprödhartem Material | |
DE60203455T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Zungen einer Labyrinthdichtung für bewegliche Teile einer Turbine | |
DE102018124938B4 (de) | Verfahren zum Bilden einer Wärmedämmung | |
DE102017103229A1 (de) | Zusammengesetzte thermische Barrierebeschichtung | |
DE102016214208B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Kanalstruktur und Komponente |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
8304 | Grant after examination procedure | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |