DE10337867A1

DE10337867A1 - Bürstendichtung

Info

Publication number: DE10337867A1
Application number: DE10337867A
Authority: DE
Inventors: Stefan Beichl; Thomas Huppertz; Alfons Gail
Original assignee: MTU Aero Engines GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-19
Also published as: GB0418258D0; GB2406149A; US20050040602A1; GB2406149B; DE10337867B4; US7644928B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bürstendichtung. DOLLAR A Die Bürstendichtung verfügt über ein Borstengehäuse (19), welches von einem Deckelement (22) und einem Stützelement (23) gebildet ist. In dem Borstengehäuse (19) sind mehrere Borsten (16) positioniert, die um ein Kernelement (17) gewickelt und über ein Klemmelement (18) am Kernelement (17) fixiert sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind das Stützelement (23) und/oder das Deckelement (22) des Borstengehäuses (19) aus einem Kunststoff hergestellt (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Bürstendichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es gibt es eine Reihe von Anwendungsfällen, in welchen zwei gegeneinander rotierende Teile, nämlich ein Stator und ein Rotor, nicht-hermetisch gegeneinander abzudichten sind. Ein derartiger Anwendungsfall ist zum Beispiel die Abdichtung eines gasdurchströmten, ringförmigen Spalts zwischen dem Stator und dem Rotor einer Strömungsmaschine, insbesondere einer Gasturbine. Zur nicht-hermetischen Abdichtung ringförmiger Zwischenräume zwischen relativ zueinander rotierenden Baugruppen sind aus dem Stand der Technik Bürstendichtungen bekannt. Als Stand der Technik, der Bürstendichtungen zeigt, soll hier auf die DE 199 62 316 C2 und die DE 100 18 273 A1 verwiesen werden.

Bei den obigen aus dem Stand der Technik bekannten Bürstendichtungen wird die Bürstendichtung von mehreren Bosten gebildet, die um ein Kernelement gewickelt sind und am Kernelement über einen Klemmring fixiert sind. Die Einheit aus Klemmring, Kernelement und Borsten, welche die eigentliche Bürstendichtung bildet, ist nach dem Stand der Technik in einem Borstengehäuse angeordnet, welches von einem als Stützring ausgebildeten Stützelement und einem als Deckring ausgebildeten Deckelement gebildet ist.

Freie Enden der Borsten laufen gegen eine Dichtfläche des Rotors oder auch Stators und dichten so den ringförmigen Spalt zwischen Rotor und Stator ab. Die Borsten der Bürstendichtung können in Richtung des Rotordrehsinns angestellt sein, um ein weiches, radiales Auslenken der Borsten beim Kontakt mit dem Rotor zu ermöglichen.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Bürstendichtungen sind das Stützelement, das Deckelement sowie die Einheit aus Klemmring, Kernelement und Borsten metallisch ausgebildet. Die metallischen Stützelemente sowie Deckelemente sind in der Regel als tiefgezogene Blechteile oder Drehteile ausgeführt. Zur Bildung des Borstengehäuses werden nach dem Stand der Technik das metallische Stützelement so wie das metallische Deckelement in der Regel durch Bördeln verbunden. Bürstendichtungen, die metallisch ausgeführt sind, verfügen über ein hohes Gewicht und die Herstellung derselben ist relativ teuer.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, eine neuartige Bürstendichtung vorzuschlagen.

Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass die eingangs genannte Bürstendichtung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist.

Erfindungsgemäß sind zumindest das Stützelement und/oder das Deckelement des Borstengehäuses aus einem Kunststoff hergestellt. Dies verfügt gegenüber einem metallisch ausgebildeten Stützelement und Deckelement über den Vorteil einer Gewichtsreduktion. Weiterhin lassen sich Stützelemente und Deckelemente aus Kunststoff leichter zusammenfügen als Stützelemente und Deckelemente aus Metall. Dies erlaubt eine kostengünstigere Herstellung von Bürstendichtungen.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind zumindest das Stützelement und das Deckelement des Borstengehäuses als Kunststoff-Spritzgussteil (auch z.B. laminiert) ausgeführt. In Spritzgussteilen lassen sich auch unsymmetrische Geometrien mit komplexen dreidimensionalen Formgebungen leicht herstellen.

Vorzugsweise ist das Kernelement ebenfalls aus Kunststoff hergestellt. Dies erweist sich in Kombination mit einem Stützelement und Deckelement aus Kunststoff als besonders vorteilhaft und kostengünstig.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1: eine erfindungsgemäße Bürstendichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
2: eine erfindungsgemäße Bürstendichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Nachfolgend wird die hier vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf 1 und 2 in größerem Detail beschrieben.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Bürstendichtung 10 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematisierten Querschnittsansicht. Die Bürstendichtung 10 dient der Abdichtung eines Spalts 11 zwischen einem Rotor 12 und einem feststehenden Stator 13. Eine Umfangsfläche des Rotors 12 ist in 1 mit der Bezugsziffer 14 und eine Mittelachse desselben ist mit der Bezugsziffer 15 gekennzeichnet. Derartige Bürstendichtungen 10 kommen zum Beispiel in stationären Gasturbinen oder Flugzeugtriebwerken zum Einsatz.
Die Bürstendichtung 10 verfügt über mehrere Borsten 16. Die Borsten 16 sind um ein im Querschnitt kreisrundes, drahtförmiges Kernelement 17 gewickelt und über ein Klemmelement 18 am Kernelement 17 fixiert. Das Klemmelement 18 ist im Querschnitt C-förmig ausgebildet.
Die Einheit aus Borsten 16, Kernelement 17 sowie Klemmelement 18 ist in einem Borstengehäuse 19 angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bestehen die Borsten 16 im allgemeinen aus Stahl und verlaufen in radialer Richtung des Rotors 12 im wesentlichen geradlinig zum Rotor 12. Im Ausführungsbeispiel der 1 ist freien Enden 20 der Borsten 16 ein Gleitring 21 zugeordnet, wobei der Gleitring 21 der Optimierung der Dichtwirkung und des Verschleißverhaltens der Borsten 16 dient.
Wie bereits erwähnt, ist die Einheit aus Borsten 16, Kernelement 17 und Klemmelement 18 im Borstengehäuse 19 angeordnet. Das Borstengehäuse 19 wird von einem als Deckplatte ausgebildeten Deckelement 22 und einem als Stützplatte ausgebilde ten Stützelement 23 gebildet. Zu beiden Seiten der Bürstendichtung 10 herrschen unterschiedliche Drücke, wobei das Stützelement 23 niederdruckseitig und das Deckeelement 22 hochdruckseitig angeordnet ist.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung sind das Deckelement 22 sowie das Stützelement 23 aus einem Kunststoff hergestellt. Besonders bevorzugt ist eine Ausführung des Deckelements 22 und des Stützelements 23 als Kunststoff-Spritzgussteile. Bei einer Ausführung von Deckelement 22 und Stützelement 23 aus Kunststoff ergeben sich gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten, metallischen Ausführung Gewichts- und Kostenvorteile. So sind Deckelemente und Stützelemente aus Kunststoff leichter als Deckelemente und Stützelement aus Metall. Weiterhin kann auf bei metallischen Deckelementen und Stützeelementen erforderliche, teure Fertigungsverfahren verzichtet werden. Spritzgussteile aus Kunststoff sind nämlich kostengünstig herstellbar. Weiterhin lassen sich Deckelement 22 und Stützelement 23 auf kostengünstige Art und Weise zum Borstengehäuse 19 miteinander verbinden.
So sind zur Bildung des Borstengehäuses 19 nach einer ersten bevorzugten Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung die im wesentlichen in axialer Richtung verlaufenden Abschnitte 24 und 25 von Deckelement 22 und Stützelement 23 miteinander verklebt. Eine Klebverbindung zwischen dem Kunststoff-Deckelement 22 und dem Kunststoff-Stützelement 23 lässt sich besonders einfach und kostengünstig realisieren.
Nach einer zweiten, alternativen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind zur Bildung des Borstengehäuses 19 das Deckelement 22 aus Kunststoff sowie das Stützelement 23 aus Kunststoff miteinander verrastet bzw. zusammengeklickt. Dies kann dadurch realisiert werden, dass zum Beispiel in den im wesentlichen axial verlaufenden Abschnitt 24 des Deckelements 22 ein widerhakenartiges Rastelement bzw. Verankerungselement integriert ist, welches in eine korrespondierende Ausnehmung im axial verlaufenden Abschnitt 25 des Stützelements 23 eingreift bzw. einrastet. Alternativ ist es jedoch auch möglich, das widerhakenartige Rastelement in den Abschnitt 25 des Stützelements 23 und die entsprechende Ausnehmung in den Abschnitt 24 des Deckelements 22 zu integrieren. Auch auf diese Art und Weise kann eine einfache und kostengünstige Verbindung von Deckelement 22 und Stützelement 23 realisiert werden.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Bürstendichtung 26 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. In der Darstellung der 2 ist lediglich der Rotor 12, jedoch kein Stator dargestellt. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet.
Das Ausführungsbeispiel der 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 1 dadurch, dass beim Ausführungsbeispiel der 2 die freien Enden 20 der Borsten 16 unmittelbar auf der Umfangsfläche 14 des Rotors 12 aufliegen bzw. aufstehen. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 wurde demnach auf das beim Ausführungsbeispiel der 1 vorhandene Gleitelement verzichtet.
Ein weiterer Unterschied zwischen dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 und dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist darin zu sehen, dass beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 an einer Seitenfläche 27 des Stützelements 23 ein Positionierungsmittel 28 angeordnet ist. Das Positionierungsmittel 28 ist integraler Bestandteil des aus Kunststoff gebildeten Stützelements 23 und greift zur Einbausicherung sowie Verdrehsicherung der Bürstendichtung 26 in eine Ausnehmung im nicht-dargestellten Stator ein. Das Positionierungsmittel 28 steht gemäß 2 über der Seitenfläche 27 des Stützelements 23 vor und erstreckt sich im wesentlichen in axialer Richtung. Das Positionierungsmittel 28 kann beim Ausführungsbeispiel der 1 selbstverständlich auch am Deckelement 22 angeordnet sein. Das Positionierungsmittel 28 wird auch als Fool-Proof-Nase bezeichnet.
Bei aus Kunststoff gebildeten Deckelementen und Stützelementen lassen sich die Positionierungsmittel besonders einfach und kostengünstig in dieselben integrieren. So können zum Beispiel in Kunststoff-Spritzgussteilen auch unsymmetrische Geometrien mit komplexer, dreidimensionaler Formgebung leicht und kostengünstig herstellen. Das Integrieren derartiger Positionsmittel an das Stützelement bzw. das Deckelement lässt sich demnach im Spritzgussteil ohne merklichen Zusatzaufwand realisieren.
Beiden Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass das Deckelement 22 und Stützelement 23, welche das Borstengehäuse 19 bilden, aus Kunststoff hergestellt sind. Bei beiden Ausführungsbeispielen ist demnach die angestrebte Gewichtsreduktion sowie Verringerung der Herstellkosten realisierbar. Die erfindungsgemäßen Bürstendichtungen 10 und 26 eignen sich auch insbesondere für Anwendungen in explosionsgeschützten Bereichen, da beim Anlaufen von Kunststoff-Deckelementen und Kunststoff-Stützelementen keine Funken auftreten können. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass Deckelemente 22 und Stützelemente 23 aus Kunststoff nicht korrosions- und oxidationsgefährdet sind.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Bürstendichtung 10, 26 neben einem Kunststoff-Deckelement 22 und einem Kunststoff-Stützelement 23 auch ein Kernelement 17 aus Kunststoff umfasst. In diesem Fall ist das Kernelement 17 vorzugsweise aus einem Kunststoff-Verbundwerkstoff gebildet. Kunststofffasern, Aramidfasern oder sonstige synthetische Fasern sind dann vorzugsweise in einem Kunststoffträgermaterial zur Bildung des Kernelements 17 eingebettet. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass zusätzlich auch das Klemmelement 18 aus Kunststoff gebildet ist. Je mehr Baugruppen der Bürstendichtungen 10 bzw. 26 aus Kunststoff hergestellt sind, desto größer sind die erzielbaren Gewichtseinsparungen.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass der Einsatzbereich einer Bürstendichtung 10 bzw. 26, bei der zumindest das Deckelement 22 und/oder das Stützelement 23 aus Kunststoff hergestellt sind, insbesondere von der Temperaturbeständigkeit des verwendeten Kunststoffs abhängig ist. Es muss lediglich ein Kunststoff ausgewählt werden, dessen Temperaturbeständigkeit auf den konkreten Einsatzbereich der Bürstendichtung angepasst ist.

10: Bürstendichtung
11: Spalt
12: Rotor
13: Stator
14: Umfangsfläche
15: Mittelachse
16: Borste
17: Kernelement
18: Klemmelement
19: Borstengehäuse
20: Ende
21: Gleitring
22: Deckelement
23: Stützelement
24: Abschnitt
25: Abschnitt
26: Bürstendichtung
27: Seitenfläche
28: Positionierungsmittel

Claims

Bürstendichtung zur Bereitstellung einer nicht-hermetischen Dichtung, insbesondere zwischen einem Stator (13) und einem Rotor (12), mit einem ein Deckelement (22) und ein Stützelement (23) aufweisenden Borstengehäuse (19), dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (23) und/oder das Deckelement (22) des Borstengehäuses (19) aus einem Kunststoff hergestellt ist.
Bürstendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (23) und/oder das Deckelement (22) des Borstengehäuses (19) als Kunststoff-Spritzgussteil ausgeführt ist.
Bürstendichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Borstengehäuses (19) das Stützelement (23) und das Deckelement (22) miteinander verklebt und/oder reibschlüssig verbunden sind.
Bürstendichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Borstengehäuses (19) das Stützelement (23) und das Deckelement (22) miteinander verrastet sind.
Bürstendichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu das Stützelement mindestens ein Rastelement aufweist, wobei das oder jedes Rastelement in eine korrespondierende Ausnehmung des Deckelements eingreift.
Bürstendichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu das Deckelement mindestens ein Rastelement aufweist, wobei das oder jedes Rastelement in eine korrespondierende Ausnehmung des Stützelements eingreift.
Bürstendichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Borstengehäuse (19) mindestens ein als Einbausicherung und/oder Verdrehsicherung wirkendes Positionierungsmittel (28) aufweist.
Bürstendichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Positionierungsmittel (28) integraler Bestandteil des Stützelements (23) und/oder des Deckelements (22) ist.
Bürstendichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Borstengehäuse (19) mehrere Borsten (16) positioniert sind, die um ein Kernelement (17) gewickelt und über ein Klemmelement (18) am Kernelement (17) fixiert sind.
Bürstendichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernelement (17) aus Kunststoff, insbesondere aus in ein Kunststoffträgermaterial eingebetteten Verstärkungsfasern, gebildet ist.
Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (23) und/oder das Deckelement (22) des Borstengehäuses (19) aus einem Kunststoff mit Verstärkungsfasern und/oder mit Füllstoff hergestellt ist.
Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (23) und das Deckelement (22) in einem integral hergestellten Bauteil zusammengefasst sind.