DE19642781C2 - Bürstendichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bürstendichtung zur Abdichtung eines Spaltes zwischen einem Rotor und einem Stator mit einem am Stator oder Rotor festgelegten Borstengehäuse, das zwei Halte­ scheiben aufweist und in einem zwischen den Scheiben ausgebildeten Zwischenraum die Borsten mit Ausrichtung zum Rotor bzw. Stator aufnimmt. Eine solche Bürstendichtung ist in der DE-OS 39 07 614 offenbart.

Bürstendichtungen der eingangs genannten Art kommen bei Turbomaschinen, insbesondere Gasturbinentriebwerken zum Einsatz, um fluidisch unterschiedlich druckbeaufschlagte Räume an Umfangsspalten, z. B. zwischen einem Maschinengehäuse und dem Rotor oder einer Maschinen­ welle mit möglichst geringer Leckage abzudichten. Dabei sollen z. B. aus Rotorunwuchten resul­ tierende, exzentrische Rotor- oder Wellenpositionen gegenüber dem Gehäuse durch eine elasti­ sche und bewegliche Borstennachführung ausgeglichen werden können. Hierin heben sich Bür­ stendichtungen gegenüber den bislang verwendeten Labyrinthdichtungen vorteilhaft ab, da diese sich nur in sehr eingeschränktem Maße an Wellenbewegungen anpassen können. Desweiteren unterscheiden sich Bürstendichtungen von den Labyrinthdichtungen durch niedrigere Herstell­ kosten und geringeres Gewicht.

Wesentlich für eine lange Lebensdauer der Bürstendichtung ist eine feste und langlebige Ein­ fassung der Borsten in Dichtungsgehäuse, so daß diese während des Betriebes nicht verloren gehen können und somit die Dichtwirkung nicht vermindert oder gar das Betriebsverhalten des Rotors beeinträchtigt wird. In der eingangs erwähnten DE-OS umschlingen die Borsten einen Kernring, wobei die Borsten mit dem Kernring wiederum von einem Klemmring umfaßt werden, der in Umfangsrichtung geschlitzt ist, so daß die Borsten mit ihren freien Enden nach radial innen, zum Rotor ausgerichtet, aus dem Klemmring heraustreten können. Der so gefaßte Bürstenring ist zwischen zwei Haltescheiben eingelegt, die das Bürstengehäuse bilden und die Klemmkraft auf den Klemmring übertragen.

Aus der DE 37 20 069 A1 ist eine Arretiereinrichtung von Bauteilen in einem Gehäu­ se bekannt, bei der eine Bürstendichtung als Ganzes in einem Statorgehäuse durch Klemmung gehalten ist. Die Festlegung der Borsten im Bürstendichtungsgehäuse wird offen gelassen.

Die GB-PS 15 45 930 offenbart ein bürstenartiges Dichtungspaket, dessen Borsten zwischen zwei gegeneinander gedrückte Platten sich zumindest abschnittsweise in Radialrichtung bzw. parallel zu einem abzudichtenden Rohr erstreckend angeordnet sind.

Die US 5,316,318 offenbart eine ringförmige Bürstendichtung, deren Borsten zwi­ schen zwei sich schräg zur Radialrichtung erstreckenden Platten gehalten sind.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Bürstendichtung anzuge­ ben, die gegenüber dem Stand der Technik eine vereinfachte Fassung der Borsten im Bürstenge­ häuse bei gleichbleibend zuverlässiger Festlegung der Borsten ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Borsten radial außen in einem in Achsrichtung oder radial ausgerichteten Abschnitt des Zwischenraumes durch Klemmung festge­ legt sind.

Die erfindungsgemäße Bürstendichtung hat den Vorteil, daß durch die klemmende Festlegung der Borstenenden in einem axial oder radial ausgerichteten Abschnitt der beiden Haltescheiben die Borsten eine Umlenkung erfahren, die eine erhöhte Reibung der Borsten untereinander und ge­ genüber dem Borstengehäuse bewirkt und neben dieser reibschlüssige Festlegung zusätzlich eine gewisse formschlüssige Festlegung der Borsten im Gehäuse erzielt wird, so daß ohne zusätzliche Klemmittel wir beispielsweise Klemmring oder Kernring eine zuverlässige Festlegung der Bor­ sten im Gehäuse gewährleistet werden kann.

Aus der geringen Anzahl an Bauteilen resultiert eine erhebliche Fertigungsvereinfachung zumal die Haltescheiben aufgrund ihrer mäßigen Ausformung in axialer Richtung durch Biegeumfor­ men, Pressen oder Ziehen einfach herstellbar sind. Dies gilt insbesondere in der Ausführung bei welcher die Klemmung in einem radial verlaufenden Abschnitt erfolgt. Die beiden Haltescheiben können dann mittels Schweißnaht, Lötung, Umbördeln oder anderer geeigneter Fügetechniken mit den dazwischen liegenden Borsten zu einem Borstengehäuse verbunden werden, so daß eine kompakte ringförmige Bürstendichtung vorliegt, die so dann je nach Einsatzweise im Stator oder Rotor montiert werden kann.

In einer alternativen Lösung gemäß der Erfindung sind die Borsten radial außen in einem in Achs­ richtung ausgerichteten ersten Abschnitt des Zwischenraumes und in einem radial ausgerichteten zweiten Abschnitt des Zwischenraums durch Klemmung festgelegt. Aufgrund der mehrfachen Klemmung mit Umlenkung der Borsten in axialer Richtung ergibt sich eine besonders kräftige, langwährende Festlegung der Borsten, ohne durch aufwendige Anbauten den Fertigungsaufwand nennenswert auszudehnen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 4 bis 10.

Um erhöhten Ansprüchen an die Haftung der Borsten im Gehäuse nachzukommen, können die Borsten zusätzlich im Bereich der Klemmung und, falls für die Funktion erforderlich, darüber hinaus gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 8 bis 10 miteinander vernäht oder verklebt sein. Hieraus resultiert auch eine vereinfachte Fertigung des Borstenpakets, da nicht einzelne Bor­ sten zu handhaben sind sondern ein zusammenhaltend gefügtes Borstenpaket. Ist das Vernähen oder Verkleben der Borsten nur für die Handhabung erforderlich, so kann diese Verbindung nach erfolgter Festlegung im Borstengehäuse wieder entfernt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Rotor-Stator-Anordnung mit einer Bürstendichtung und

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung endseitig vernähter Borsten.

Der in Fig. 1 gezeigte Ausschnitt einer Rotor-Stator-Anordnung 1, 2 ist Bestandteil eines nicht weiter dargestellten Gasturbinentriebwerkes. Zur Abdichtung zweier fluidisch unterschiedlich durckbeaufschlagter Räume R1 und R2 ist in dem Ringraum R1, R2 eine achskonzentrische, ring­ förmige Bürstendichtung 3 zwischen Rotor 1 und Stator 2 angeordnet. Die Bürstendichtung 3 besteht im wesentlichen aus einem Borstengehäuse 4 mit zwei koaxial zueinander angeordneten Haltescheiben 5a, 5b und einem Borstenbündel 6, das zwischen den beiden Haltescheiben 5a, 5b derart festgelegt ist, daß die Borsten 6 mit ihren freien Enden radial gegen die Umfangsfläche der Rotorwelle 1 ausgerichtet sind und somit den Spalt 5 zwischen Rotor 1 und Stator 2 abdichten. Als Beispiel wurde die Ausführung mit zweifacher Klemmung gewählt, die im wesentlichen für die einfachere Ausführung mit nur einer Klemmung - im radialen oder axialen Abschnitt - reprä­ sentativ ist.

Zur Aufnahme der mit ihren freien Enden im wesentlichen radial und ggfs. mit einer Umfangs­ neigung ausgerichteten Borsten 6 weist das Borstengehäuse 4 einen achskonzentrischen, schei­ benförmigen Zwischenraum Z auf, der durch eine entsprechende Profilierung der einander zuge­ wandten Stirnseiten 7a, 7b der Haltescheiben 5a, 5b gebildet wird. In einem radial äußeren Bereich des Borstengehäuses 4 läuft der Zwischenraum Z in einem axial ausgerichteten, konzentrischen ersten Abschnitt 8 aus. Dieser geht nach einem kreisbogenförmigen Übergang 9 in einen zweiten konzentrischen Abschnitt 10 des Zwischenraums Z nach radial innen über. Der erste Abschnitt 8 ist in seiner Spaltweite s dabei derart dimensioniert, daß die Enden der Borsten 6 geklemmt wer­ den, so daß ein Herausrutschen einzelner Borsten 6 aus dem Borstengehäuse 4 einerseits durch die Klemmung und andererseits durch den Formschluß welcher durch die Umlenkung in axialer Richtung bewirkt wird vermieden wird.

Der im wesentlichen radial ausgerichtete zweite Abschnitt 10 weist eine zusätzliche Klemmstelle 11b auf, die in Form einer umlaufenden Sicke ausgeführt ist. Entsprechend ist in der ersten Halte­ scheibe 5a eine ringförmige Vertiefung 12 ausgebildet und in der gegenüberliegenden Halteschei­ be 5b eine korrespondierende Auswölbung 13 ausgeführt, so daß die Borsten 6 im zweiten Ab­ schnitt 10 im Längsschnitt etwa Ω-förmig ausgewölbt verlaufen. Dies führt zu einer weiter ver­ besserten Haftung der Borsten 6 im Borstengehäuse 4.

Im weiteren nach radial innen führenden Verlauf der Borsten 6 werden diese von der Stirnseite 7a bis zum Dichtspalt S geführt, während die gegenüberliegende Stirnseite 7b durch einen Absatz 14 am radial inneren Ende des zweiten Abschnittes 10 von den Borsten 6 beabstandet ist. Der Absatz 14 beendet somit an einer definierten Stelle den Bereich, in welchem die Borsten 6 im Borstenge­ häuse 4 geklemmt sind. Somit ist weiter radial innen ein elastisches Auslenken der Borsten 6 in Umfangsrichtung und - in eingeschränktem Maße - auch in axialer Richtung möglich, so daß ein exzentrischer Lauf des Rotors 1 ausgeglichen werden kann.

Um die Montage der Bürstendichtung 3 zu vereinfachen, sind die Borsten 6 im Bereich des ersten Abschnittes 8 mittels einer Fixiernaht 15 zusammengefaßt, so daß die Borsten 6 beim Einlegen in eine der beiden Haltescheiben 5a oder 5b besser handhabbar sind. Um dem Borstenbündel 6 eine zusätzliche Haftfähigkeit im Gehäuse 4 zu verleihen, ist die Fixiernaht 15 mehrfach mit Kett- und Schußfäden - wie Fig. 2 entnehmbar - ausgeführt. Eine weitere Fixiernaht 15 ist im Bereich des zweiten Abschnittes 10 ausgeführt.

Bezugszeichenliste

1

Rotor

2

Stator

3

Bürstendichtung

4

Borstengehäuse

5

a,

5

bHaltescheibe

6

Borstenbündel, Borsten

7

a,

7

bStirnseite

8

erster Abschnitt

9

Übergang

10

zweiter Abschnitt

11

a,

11

bKlemmstelle

12

Vertiefung

13

Auswölbung

14

Absatz

15

Fixiernaht
R1, R2Raum
SSpalt
sSpaltweite
ZZwischenraum

Claims (9)

1. Bürstendichtung zur Abdichtung eines Spaltes (S) zwischen einem Rotor (1) und einem Stator (2) mit einem am Stator (2) oder Rotor (1) festgelegten Borstengehäuse (4), das zwei Haltescheiben (5a, 5b) aufweist und in einem zwischen den Scheiben (5a, 5b) ausgebildeten Zwischenraum (Z) die Borsten (6) mit Ausrichtung zum Rotor (1) bzw. Stator (2) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten (6) radial außen in einem in Achsrichtung (A) aus­ gerichteten Abschnitt (8) des Zwischenraumes (Z) durch Klemmung festgelegt sind.

2. Bürstendichtung zur Abdichtung eines Spaltes (S) zwischen einem Rotor (1) und einem Stator (2) mit einem am Stator (2) oder Rotor (1) festgelegten Borstengehäuse (4), das zwei Haltescheiben (5a, 5b) aufweist und in einem zwischen den Scheiben (5a, 5b) ausgebildeten Zwischenraum (Z) die Borsten (6) mit Ausrichtung zum Rotor (1) bzw. Stator (2) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten (6) radial außen in einem in Achsrichtung (A) aus­ gerichteten ersten Abschnitt (8) des Zwischenraumes (Z) und in einem radial ausgerichteten zweiten Abschnitt (10) des Zwischenraums (Z) durch Klemmung festgelegt sind.

3. Bürstendichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (9) zwischen dem ersten Abschnitt (8) und dem radial ausgerichteten zweiten Abschnitt (10) des Zwi­ schenraums (Z) bogenförmig ausgebildet ist.

4. Bürstendichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang (9) zwischen dem ersten Abschnitt (8) und dem radial ausgerichteten zweiten Abschnitt (10) des Zwischenraums derart ausgeführt ist, daß sich zur Klemmung der Borsten (6) im ersten Ab­ schnitt (8) eine erste Klemmstelle (11a) ergibt.

5. Bürstendichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine im radial ausgerichteten Abschnitt (10) ausgeführte Klemmstelle (11b) als Sicke mit einer ring­ förmigen Vertiefung (12) in der ersten Haltescheibe (5a) und einer korrespondierenden Aus­ wölbung (13) in der zweiten Haltescheibe (5b) ausgebildet ist, in welcher die Borsten (6) ausge­ wölbt verlaufen.

6. Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur freien Beweglichkeit der Borsten (6) seitens des Spalts (S) der Zwischenraum (Z) im An­ schluß an die radial innere Klemmstelle (11a bzw. 11b) aufgeweitet ist.

7. Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten (6) im Bereich des ersten und/oder zweiten Abschnittes (8 bzw. 10) mittels we­ nigstens einer Fixiernaht (15) miteinander vernäht sind.

8. Bürstendichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadenwerkstoff der Fi­ xiernaht (15) mit dem Borstenwerkstoff identisch ist.

9. Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Borsten (6) im Bereich des ersten und/oder zweiten Abschnitts (8 bzw. 10) miteinander verklebt sind.