DE19628559A1 - Dichtungseinrichtung für gegeneinander rotierende Teile - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtungseinrichtung zum Abdichten des Spaltes zwischen relativ zueinander rotierenden Teilen, nämlich einem Innenteil und einem Außenteil, mit einem zwischen dem Innenteil und dem Außenteil an­ geordneten, das Innenteil umgebenden Dichtungselement.

Im Triebwerksbau gibt es eine Reihe von Anwendungsfällen, bei denen zwei ge­ geneinander rotierende Teile gegen den das Triebwerk durchlaufenden Gasstrom abzudichten sind. Ein derartiger Anwendungsfall ist beispielsweise die Abdichtung zwischen den Leitschaufeln und dem Rotor eines Strahltriebwerks.

Zur Abdichtung ringspaltförmiger Zwischenräume zwischen relativ zueinander ro­ tierenden Triebwerksteilen sind Dichtungseinrichtungen bekannt, bei denen das Dichtungselement eine Bürstendichtung und einen die Bürstendichtung aufnehmen­ den und tragenden Dichtungsträger zur Halterung der Bürstendichtung an dem äu­ ßeren der beiden gegeneinander abzudichtenden Teile des Triebwerks umfaßt.

Wegen der beim Betrieb eines Triebwerks auftretenden großen Temperaturunter­ schiede, insbesondere etwa zwischen Rotor und Leitschaufeln, treten aufgrund der unterschiedlichen Erwärmungen relativ große Änderungen der radialen Spaltbreite des Ringspalts zwischen den gegeneinander rotierenden Teilen auf, welche von den heute verwendeten elastischen Bürstendichtungen nur teilweise ausgeglichen werden können.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dichtungseinrichtung der vorausge­ setzten Art, insbesondere zur Verwendung im Triebwerksbau anzugeben, welche in der Lage ist, relativ große Änderungen der radialen Höhe des abzudichtenden Zwi­ schenraums auszugleichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Dichtungsein­ richtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Gemaß der Erfindung ist eine Dichtungseinrichtung zum Abdichten des Zwischen­ raums zwischen zwei gegeneinander rotierenden Teilen, nämlich einem Innenteil und einem Außenteil, mit einem zwischen dem Innenteil und dem Außenteil an­ geordneten, das Innenteil umgebenden Dichtungselement vorgesehen. Erfindungs­ gemäß ist das Dichtungselement als ein das Innenteil in Form eines geschlossenen Rings umgebendes Teil ausgebildet, das gegenüber dem Außenteil in Radialrich­ tung beweglich gelagert ist. Die Ausführung des Dichtungselements in Form eines geschlossenen Rings hat den Vorteil, daß das Dichtungselement sich entsprechend der Temperatur eigenständig ausdehnen kann und sich somit besser an den Rings­ palt zwischen dem Innenteil und dem Außenteil anpassen kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß das Dich­ tungselement eine Bürstendichtung und einen Dichtungsträger zur Halterung der Bürstendichtung an dem Außenteil umfaßt, die als eine das Innenteil in Form eines geschlossenen Rings umgebende Einheit ausgebildet sind, wobei der Dichtungsträ­ ger gegenüber dem Außenteil in Radialrichtung beweglich gelagert ist. Dies hat des Vorteil, daß die Bürstendichtung durch den Dichtungsträger stabilisiert und dadurch ein in sich festes Dichtungselement gebildet wird. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Bürstendichtung zusammen mit dem Dichtungsträger auf einfache Art aus­ tauschbar ist.

Gemäß einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Dichtungseinrichtung eine Halterungsvorrichtung umfaßt, in der der Dichtungsträger gegenüber dem Au­ ßenteil in Radialrichtung beweglich zentriert und gegenüber einer Verdrehung in Umfangsrichtung gesichert gelagert ist.

Gemäß einer Weiterbildung hiervon ist es vorgesehen, daß die Halterungsvorrich­ tung an einem von dem Innenteil und dem Außenteil angeordnete Gleitelemente und an dem anderen von dem Innenteil und dem Außenteil angeordnete Führungs­ elemente enthält, wobei die Gleitelemente in Radialrichtung beweglich zentriert und gegenüber einer Verdrehung in Umfangsrichtung festgelegt in den Führungs­ elementen gelagert sind. Ein Vorteil hiervon ist, daß Schwingungen durch die zwi­ schen den Gleitelementen und den Führungselementen auftretende Reibung ge­ dämpft und damit das Schwingungsverhalten zwischen dem Innenteil und dem Au­ ßenteil verbessert wird.

Gemäß einer Ausführungsform umfaßt die Halterungsvorrichtung ein in Form ei­ nes in Umfangsrichtung verlaufenden Vorsprungs ausgebildetes Anlageelement, an dem der Dichtungsträger zur Festlegung seiner Lage in Axialrichtung anliegt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Gleitelemente durch an dem Dichtungsträger vorgesehene Gleitsteine gebildet sind, die in durch die Führungselemente gebildeten Nuten in Radialrichtung beweglich gelagert sind.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Gleitelemente durch in Form von Bügeln ausgebildete Verlängerungen des durch ein gebogenes Blechteil gebildeten Dichtungsträgers vorgesehen sind, die in durch die Führungs­ elemente gebildeten Schlitzen in Radialrichtung beweglich gelagert sind. Der Vor­ teil dieser Ausführungsform ist ein geringes Gewicht der Dichtungseinrichtung und ein verminderter Aufwand und damit günstige Kosten bei der Herstellung.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfaßt die Halterungsvorrichtung einen am Dichtungsträger vorgesehenen, eine sich radial auswärts öffnende Aussparung bildenden Trägerring, wobei an dem Außenteil ein in Umfangsrichtung verlaufen­ der Vorsprung vorgesehen ist, welcher in die Aussparung des Trägerrings mit ra­ dialem Spiel eingreift.

Gemäß einer anderen Ausführungsform schließlich ist es vorgesehen, daß für jeden Vorsprung Führungselemente vorgesehen sind, die am Trägerring gegen eine Ver­ schiebung in Umfangsrichtung festgelegt sind.

Von Vorteil ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung zum Abdichten von ringspaltförmigen Zwischenräumen zwischen gegeneinander rotie­ renden Teilen eines Strahltriebwerks.

Von besonderem Vorteil ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Dichtungsein­ richtung zum Abdichten des ringspaltförmigen Zwischenraums zwischen Rotor und Leitschaufeln eines Strahltriebwerks.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Querschnitt eine Teilansicht einer zwischen Rotor und Leitschaufeln eines Strahltriebwerks angeordneten Dichtungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in Richtung des Pfeils A in Fig. 1;

Fig. 3 im Querschnitt eine Teilansicht einer zwischen Rotor und Leitschaufeln eines Strahltriebwerks angeordneten Dichtungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 4 im Querschnitt eine Teilansicht einer zwischen Rotor und Leitschaufeln eines Strahltriebwerks angeordneten Dichtungseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei dem in Fig. 1 im Querschnitt dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Er­ findung dient die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung zum Abdichten eines ring-spaltförmigen Zwischenraums zwischen einem Innenteil 3 in Form des Rotors des Strahltriebwerks und einem durch eine Anzahl von Leitschaufelsegmenten 10 gebildeten Außenteil 4 gegen die durch das Strahltriebwerk durchlaufende Strö­ mung.

Die Dichtungseinrichtung enthält einen Dichtungsträger 1, der als ein im wesentli­ chen kreisringförmiges Teil ausgebildet ist, welches eine Bürstendichtung 2 trägt. Wie im Stande der Technik üblich, ist die Bürstendichtung 2 beispielsweise durch mehrere Lagen eines geeigneten hitzebeständigen und widerstandsfähigen Dich­ tungsmaterials gebildet. Der Dichtungsträger 1 und die Bürstendichtung 2 bilden zusammen ein Dichtungselement in Form eines das Innenteil umgebenden ge­ schlossenen Rings, welcher gegenüber dem Außenteil 4 in Radialrichtung ver­ schieblich "schwimmend" gelagert ist.

An dem Außenteil 4 ist ein Anlageelement 9 in Form eines koaxial zu dem Innen­ teil umlaufenden Randes oder Wulstes vorgesehen, welches als Anlagefläche für den Dichtungsträger 1 dient, so daß die Lage desselben bezüglich der Axialrich­ tung des Rotors festgelegt ist, wobei gleichzeitig eine Bewegung des Dichtungs­ trägers 1 gegenüber dem Anlageelement 9 in radialer Richtung möglich ist. Dabei ist das Anlageelement 9 auf der stromabwärtigen Seite der von dem Dichtungsele­ ment abzudichtenden Strömung angeordnet, so daß die auf das Dichtungselement einwirkenden durch die Strömung hervorgerufenen Kräfte von dem Anlageelement 9 aufgenommen werden. Weiterhin erfüllt das Anlageelement 9 die Aufgabe, den Dichtungsträger 1 gegenüber dem Außenteil 4 für die Strömung abzudichten.

Auf der dem Anlageelement 9 gegenüberliegenden Seite des Dichtungsträgers 1 sind an dem Dichtungsträger 1 Gleitelemente 5 ausgebildet, die mit an dem Au­ ßenteil 4 ausgebildeten Führungselementen 6 so zusammenwirken, daß einerseits eine Bewegung des Dichtungsträgers 1 und damit der Bürstendichtung 2 in radialer Richtung möglich und andererseits eine Verdrehung des Dichtungsträgers 1 in Umfangsrichtung verhindert wird. Auf diese Weise wird durch die Führungs­ elemente 6 und die Gleitelemente 5 eine sichere Zentrierung des Dichtungsträgers erreicht. Die Gleitelemente 5 und die Führungselemente 6 bilden zusammen mit dem Anlageelement 9 eine Halterungsvorrichtung für das durch den Dichtungsträ­ ger 1 und die Bürstendichtung 2 gebildete Dichtungselement, welche letzterem lediglich eine Bewegung in radialer Richtung zum Ausgleich von durch Tempera­ turunterschiede auftretenden Abmessungsänderungen gestattet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Gleitelemente 5 in regelmäßigen Abständen über den Umfang des Dichtungsträgers 1 verteilt. Beidseits eines jeden Gleitele­ ments 5 sind an jedem der das Außenteil 4 bildenden Leitschaufelsegmente 10, welches jedes die Breite B hat, jeweils zwei Führungselemente 6 vorgesehen, durch welche die Gleitelemente 5 bezüglich einer Bewegung in Radialrichtung verschieblich gelagert und bezüglich einer Verschiebung in Umfangsrichtung fest­ gelegt sind. Hierzu sind die Führungselemente 6 so voneinander beabstandet, daß sie eine Nut 7 freilassen, die eine geringfügig größere Breite als das Gleitelement 5 hat, so daß das Gleitelement 5 zwischen den Führungselementen 6 nach Art ei­ nes Gleit- oder Nutensteines in Radialrichtung hin- und hergleiten kann. Anstelle der einzelnen Führungselemente 6 kann auch ein durchlaufender Umfangsbund vorgesehen sein, der jeweils durch die axial verlaufende Nut 7 unterbrochen wird und dadurch Umfangsschultern ausbildet.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient die Dichtungseinrichtung wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel zum Abdichten eines ringförmigen Spaltes zwischen einem durch einen Rotor eines Strahltrieb­ werks gebildeten Innenteil 3 und einem durch eine Anzahl von Leitschaufelseg­ menten 10 gebildeten Außenteil 4. Der Dichtungsträger 1 ist durch ein gebogenes Blechteil gebildet, das an seiner einen Seite an einem an dem Außenteil 4 vorgese­ henen Anlageelement 9 anliegt. An der dem Anlageelement 9 gegenüberliegenden Seite weist das den Dichtungsträger 1 bildende Blechteil in Form von Bügeln aus­ gebildete Verlängerungen auf, durch welche Gleitelemente 5 gebildet sind, die in durch an dem Außenteil 4 vorgesehene Führungselemente 6 gebildeten Schlitzen in Radialrichtung beweglich gelagert sind. Die Gleitelemente 5 und die Führungs­ elemente 6 wirken wiederum mit dem Anlageelement 9 im Sinne einer Lagerung zusammen, welche dem Dichtungsträger 1 und damit der Bürstendichtung 2 eine Bewegung in Radialrichtung gestatten, jedoch die Lage des Dichtungsträgers 1 bezüglich der axialen Richtung des Rotors festlegt und eine Verschiebung des Dichtungsträgers 1 in Umfangsrichtung verhindert. Die wesentliche Funktion ist eine sichere Zentrierung des Dichtungsträgers 1 bei gleichzeitig möglicher radial er Relativbewegung.

Auch das in Fig. 4 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung dient der Abdichtung eines ringförmigen Spaltes zwischen einem durch einen Rotor eines Strahltriebwerks gebildeten Innenteil 3 und einem durch Leitschaufelsegmente 10 gebildeten Außenteil 4. Der Dichtungsträger 1 ist durch ein gebogenes Blechteil gebildet, welcher die Bürstendichtung 2 trägt. An dem Dichtungsträger 1 ist ein ebenfalls als gebogenes Blechteil ausgeführter, Trä­ gerring 8 angeordnet, welcher eine sich radial auswärts öffnende Aussparung 12 bildet, in die ein an dem Außenteil 4 bzw. an jeder der Leitschaufelsegmente 10 vorgesehener, in Umfangsrichtung verlaufender Vorsprung 13 eingreift. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient die durch den Trägerring 8 gebildete und mit den Vor­ sprüngen 13 an den Leitschaufelsegmenten 10 zusammenwirkende Trägeranord­ nung sowohl einer Festlegung des Dichtungsträgers 1 und damit der Bürstendich­ tung 2 bezüglich der axialen Richtung des Rotors 3, als auch der Ermöglichung einer Bewegung des Dichtungsträgers 1 in radialer Richtung. Zur Verhinderung einer Verschiebung bzw. Verdrehung des Dichtungsträgers 1 sind für jedes der Vorsprünge 13 Führungselemente 6 vorgesehen, welche bei dem in Fig. 4 gezeig­ ten Ausführungsbeispiel durch kleine Platten gebildet und am Trägerring 8 befe­ stigt sind.

Claims (11)

1. Dichtungseinrichtung zum Abdichten des Spaltes zwischen relativ zueinan­ der rotierenden Teilen (3, 4), einem Innenteil (3) und einem Außenteil (4), mit einem zwischen dem Innenteil (3) und dem Außenteil (4) angeordne­ ten, das Innenteil (3) umgebenden Dichtungselement (1, 2), dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Dichtungselement (1, 2) als ein das Innenteil (3) in Form eines geschlossenen Rings umgebendes Teil ausgebildet ist, das ge­ genüber dem Außenteil (4) in Radialrichtung beweglich gelagert ist.

2. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungselement (1, 2) eine Bürstendichtung (2) und einen Dichtungsträ­ ger (1) zur Halterung der Bürstendichtung (2) an dem Außenteil (4) um­ faßt, die als eine das Innenteil (3) in Form eines geschlossenen Rings um­ gebende Einheit ausgebildet sind.

3. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 2, daß die Dichtungseinrichtung eine Halterungsvorrichtung (5, 6, 9; 6, 8, 13) umfaßt, in der der Dichtungsträger (1) gegenüber dem Außenteil (4) in Radialrichtung beweglich zentriert und gegenüber einer Verdrehung in Umfangsrichtung gesichert gelagert ist.

4. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsvorrichtung (5, 6, 9) an einem von dem Innenteil (3) und dem Außenteil (4) angeordnete Gleitelemente (5) und an dem anderen von dem Innenteil (3) und dem Außenteil (4) angeordnete Führungselemente (5) ent­ hält, wobei die Gleitelemente (5) in Radialrichtung beweglich zentriert und gegenüber einer Verdrehung in Umfangsrichtung festgelegt in den Füh­ rungselementen (6) gelagert sind.

5. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsvorrichtung (5, 6, 9) ein in Form eines in Umfangsrich­ tung verlaufenden Vorsprungs ausgebildetes Anlageelement (9) umfaßt, an dem der Dichtungsträger (1) zur Festlegung seiner Lage in Axialrichtung anliegt.

6. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitelemente (5) durch an dem Dichtungsträger (1) vorgesehene Gleitsteine gebildet sind, die in durch die Führungselemente (6) gebildeten Nuten (7) in Radialrichtung beweglich gelagert sind.

7. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitelemente (5) durch in Form von Bügeln ausgebildete Verlän­ gerungen des durch ein gebogenes Blechteil gebildeten Dichtungsträgers (1) vorgesehen sind, die in durch die Führungselemente (6) gebildeten Schlit­ zen in Radialrichtung beweglich gelagert sind.

8. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsvorrichtung (6, 8, 13) eine an dem Dichtungsträger (1) vorgese­ hene, sich radial auswärts öffnende Aussparung (12) bildende Trägeranord­ nung (8) umfaßt, und daß an dem Außenteil (4) ein in Umfangsrichtung verlaufender Vorsprung (13) vorgesehen ist, welcher in die Aussparung (12) des Trägerringes (8) mit radialem Spiel eingreift.

9. Dichtungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Vorsprung (13) Führungselemente (6) vorgesehen sind, die am Trä­ gerring festgelegt sind.

10. Anwendung einer Dichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zur Abdichtung des Ringspaltes zwischen relativ zueinander rotierenden Teilen eines Strahltriebwerks.

11. Anwendung einer Dichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zum Abdichten des ringspaltförmigen Zwischenraums zwischen Rotor und Leitschaufeln eines Strahltriebwerks.