DE2340531A1

DE2340531A1 - Dichtelement fuer einen regenerativwaermetauscher

Info

Publication number: DE2340531A1
Application number: DE19732340531
Authority: DE
Inventors: Eggert Dipl Ing Tank
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1973-08-10
Filing date: 1973-08-10
Publication date: 1975-02-20
Also published as: GB1463746A; US3977465A

Description

Daimler-Donz Aktiengesell schaft Daim 97

Stuttgart-Untertürkheim 3· August 1973

"Dichte] eiacnt für einen Kegenerativ-Wärnetauscher"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dichtelement zwischen dem Speicherkörper und einem Gaskanal eines llegenernt Lv-Wän:ietauschei-s, das aus einer Gleitschicht aus Graphit, einer metallischen Stützleiste und aus einer dazwischenliegenden Verbindungsschicht zusammengesetzt ist.

Dei einem bekannten derartigen Dichtelement (GD-PS 1 [',"il l'iC) riuchten die zwei Seiten der Gleitschicht mit derjenigen der Stützleiste, die beide eine rechteckige Querschnittsfläche aufweisen. Die Verbindungsschicht besteht zum Ausgleich der wesentlich größeren Wärmeausdehnung der verwendeten Metalle gegenüber Graphit aus einem elastischen Werkstoff.

Solche Dichtelemente aus teilweise nur begrenzt hitzebeständigen Werkstoffen wie' Graphit werden in Regenerativ-Wärmetauschern zwischen der sogenannten "kalten Seite" des drehbaren Speicherkörpers und dem Kanal zum Abführen der bereits abgekühlten Abgase angeordnet. Im Dereich dieser Abdichtung herrscht zwischen dem niederen Druck der weitgehend entspannten und iibgekühlten Abgase im Kanal und dein hohen Druck der verdichteten Verbrennungsluft , der in dem den Kanal ui.igebenden Gehäuse herrscht, ein großer Druckunterschied. Dadurch wird die schon durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Graphit und lletall verformte Verbindungs-

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schicht besonders durch Schubkräfte zusätzlich beansprucht. Dies kann zu einem Undichtwerden oder gar zu einem Ablösen der Verbindungsschicht und damit zu einem Abscheren der Gleitschicht führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beheben und ein Dichtelement zu schaffen, das widerstandsfähig gegen mechanische und thermische Beanspruchungen ist und das bei allen Be triebszuständen des Wärmetauschers den Kanal für die abgekühlten Abgase zuverlässig abdichtet. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß die Stützleiste aus einem Bodenteil und z\irei Seitenteilen, die die Gleitschicht seitlich teilweise umfassen, besteht und daß an den Innenseiten des Bodenteiles und der Seitenteile die Verbindungsschicht aufgebracht ist, in der die Gleitschicht eingebettet ist. Durch diese Maßnahmen ist die Gleitschicht fest in der Stütz3.eiste verankert und die Verbindungsschicht durch die Seitenteile der Stützschicht von Schubkräften entlastet. Selbst bei einem örtlichen Versagen der Verbindungsschicht, z.B. durch Verspröden oder Verbrennen des Uerkstoffes, wird die Gleitschicht noch von den Seitenteilen der Stützleiste gehalten.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Seitenteile der Gtützleiste mit Ausschnitten versehen, die bis in den Dereich des Bodenteile« geführt sind. Dadurch bleibt eine gewisse Nachgiebigkeit des Bodenteiles der Stützleiste trotz der versteifend wirkenden Seitenteile erhalten, so daß sich die Gleitschicht des Dichtelementes über ihre ganze Länge gut ein den opcichorkörper cinschmiegen kann.

Bei einer aus einzelnen Graphitblöcken zusammengesetzten Gleitschicht sind die Ausschnitte erfinduiigs gemäß im Bereich der Seitenmitte jeden GraphitbLockes angeordnet, so daß je-

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weils die Verbxndungsschicht zwischen r.wei Graphitblöcken von den Seitenteilen der Stützschicht teilweise umfaßt und so von Schubkräften entlastet wird.

Die Verbindungsschicht kann sich nach der Erfindung in die Ausschnitte in den Seitenteilen des Stützbleches erstrecken und diese ausfüllen und auch einen über die Stützleiste hinausragenden Übergang von der Oberseite der Seitenteile bis zu den beiden Seiten der Gleitschicht bilden. Diese Maßnah- * men verbessern die Einbettung der Gleitschicht in die Stützleiste und erhöhen damit die Haltbarkeit der Verbindung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Beschreibung angegeben.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Regenerativ-Warmetauseher in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Gleitfläche eines Dichtelementes dieses Wärmet axis eher s ,

Fig. 3 einen Querschnitt durch dieses Dichtelement in größerem Maßstab und

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein weiteres Dichtelement.

Der in Fig.l dargestellte Hegenerativ-Uärmetauscher einer Kraftfahrzeu.c-Gasturbine besteht im wesentlichen aus einem auf einer Achse 11 drehbar gelagerten scheibenförmigen glas-

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keramischen Speicherkörper 12, Kanälen 13 und 14 für die Verbrennungsluft, Kanälen 15 und 16 für die Abgase und aus einem Gehäuse 17· Die heißen Abgase der Gasturbine werden im Betrieb durch den Kanal 15 zu dem durch einen nicht dargestellten Antrieb in Drehung versetzten Speicherkörper 12 geleitet, dessen axiale Durchgangskanäle 18 sie durchströmen und dabei einen Teil ihrer Wärme an den Speicherkörper 12 abgeben. Die abgekühlten Abgase verlassen den Speicherkörper 12 durch den Kanal 16. Die vom Verdichter der Gasturbine geförderte verhältnismäßig kalte Verbrennungsluft strömt durch den Kanal 13 in den von den Abgasen aufgeheizten Teil des Speicherkijrpers 12 und nimmt dort Wärme auf· Die erhitzte Verbrennungsluft wird durch den Kanal 14 der Brennkammer der Gasturbine zugeführt .

Die Kanäle 13 bis 16 weisen jeweils eine etwa halbkreisförmige Querschnittsfläche auf, die eine gute Beaufschlagung des Speicherkörpers 12 erlauben. An Flanschen 19 der Kanäle 14, 15 und l6 sind metallische Federbälge 20 angebracht, an denen Dichtelemente 21,22 bzw.23 beispielsweise durch Löten, Schweißen oder Nieten befestigt sind. Die Federbälge 20 pressen die Dichtelemente 21 bis 23 an den Speicherkörper 12 und verhindern damit ein Entweichen von Gasen aus den Kanälen

14 bis l6. Am Flansch 24 des Kanales 13 ist keine Abdichtung nötig, da die zugeführte Verbrennungsluft innerhalb des Gehäuses 17 wegen der Dichtelemente 21 bis 23 der übrigen Kanäle l4 bis 16 nur den Weg durch den Speicherkörper 12 in den Kanal 14 nehmen kann. Das Dichtelement 23 des Kanales l6 für das abgekühlte Abgas weist gegenüber den Dichtelementen 21 und 22 des Kanales 14 für die erhitzte Luft bzw. des Kanales

15 für die heißen Abgase entsprechend der geringen thermischen Belastung eine andere Beschaffenheit auf.

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Wie Fig.2 erkennen läßt, hat das Dichtelement 23 eine der halbkreisförmigen Querschnittsfläche des Kanales 16 entsprechende Gestalt. Die Drehrichtung des Speicherkörpers 12 ist durch einen gebogenen Pfeil angedeutet. Der in Drehrichtung liegende, thermisch am stärksten beanspruchte Eckbereich des Dichtelementes 23 ist mit A bezeichnet.

Wie Fig.3 zeigt, besteht das Dichtelement 23 aus einer am Speicherkörper 12 anliegenden Gleitschicht 25, einef» durch den Federbalg 20 mit dem Flansch 19 des Kanals 16 verbundenen Stützleiste 26 und aus einer dazwischenliegenden Verbindungsschicht 27· Die Gleitschicht 25 ist aus einzelnen, in geringen Abständen voneinander angeordneten Graphitblöcken 28 zusammengesetzt. Die Stützleiste 26 besteht aus einem Bodenteil 29 und zwei Seitenteilen 3O, die aus einem ferritischen Stahl hergestellt und durch Löten miteinander verbunden sind. In die Seitenteile 30» die die beiden Seiten 3I der Graphitblöcke 28 teilweise umfassen, sind zur Erhöhung der Nachgiebigkeit der Stützleiste 26 Schlitze 32 (siehe Fig.2) eingeschnitten, die sich bis an das Dodenteil 29 erstrecken. Die Schlitze 32 befinden sich jeweils in der Mitte der Seiten 31 der Graphitblöcke 28. Die Verbindungsschicht 27 besteht aus einem temperaturbeständigen Silikonkautschuk, der auf die Innenseiten des Dodenteiles 29 und der Seitenteile 30 aufgetragen ist. In die Verbindungsschicht 27 sind die Graphitblöcke 28 haftend eingebettet. Die Verbindungsschicht^ 27 füllt neben den Fugen 33 zwischen der Stützleiste 26 und den Graphitblöcken 28 auch die Fugen 3^ zwischen den einzelnen Graphitblöcken 20 aus. Die Länge der Graphitblöcke 2o und die Dreite der von der Verbindungsschicht 27 ausgefüllten Fugen 33 und Jh ist so gewählt, daß die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen der Gleitschicht 25 aus

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Graphit und der Stützleiste 26 aus Stahl durch die elastische Verformung des Sililconkautschukes der Verbindungsschicht 27 ausgeglichen werden. Die Breite der Fugen 33 und 34 beträgt beispielsweise einen halben Millimeter. Di« Verbindungsschicht 27 füllt ferner die Schlitze 32 in den Seitenteilen 30 der Stützleiste 26 aus. Außerdem bildet die Verbindungsschicht 27 einen über die Stützleiste 26 hinausführenden Übergang 35 von der Oberseite 36 der Seitenteile 30 bis zu den beiden Seiten 3I der Graphitblöcke 28. Dadurch sind die Graphitblöcke 28 der Gleitschicht 25 so fest in der Stützleiste 26 eingebettet und die Verbindungsschicht durch die Seitenteile 30 der Stützleiste 26 so geschützt und von Schubkräften entlastet, daß sich die Gleitschicht 25 auch bei großen und wechselnden mechanischen und thermischen Beanspruchungen im Betrieb des Wärmetauschers nicht von der Stützleiste 26 löst.

Fig. 4 zeigt eine ähnliche Ausführung eines Dichtelementes, bei dem die Graphitblöcke 37 der Gleitschicht 38 eine trapezförmige Querschnittsfläche aufweisen. Dabei liegt die kleinere der parallelen Seiten an dem drehbaren Speicherkörper 12 an, während die größere Seite dem Bodenteil 39 der Stützleiste 40 gegenüberliegt. Die Seitenteile 4l der Stützleiste 40 sind entsprechend der Trapezform der Graphitblöcke 37 schräg einwärts abgewinkelt und umfassen teilweise deren Seiten 42. An den Innenseiten des Dodenteiles 39 und der Seitenteile 4l ist die Verbindungsschicht 43 aufgetragen, in der die Graphitblöcke 37 eingebettet sind. Die Verbindungs schicht 43 besteht in dem thermisch besonders stark beanspruchten Eckbereich, der in Fig.2 mit A bezeichnet ist, aus einem hochtemperaturfesten keramischen Kitt. Der Eckbereich umfaßt, wenn die Gleitschicht 3O ähnlich wie im Bei-

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spiel nach Fig.2 aufgeteilt ist, beispielsweise vier Graphitblöcke 37· Um ein Fortschreiten von Rissen oder ein Ausbrechen keramischer Teilchen zu verhindern, ist in den Kitt der Verbindungsschicht 43 ein Drahtgeflecht 44 aus rostfreiem Stahl eingelegt. Im übrigen besteht die Verbindungsschicht 43 wie in dem vorangehenden Beispiel aus Silikonkautschuk, so daß ein ausreichender Ausgleich verschiedener Wärmeausdehnungen erhalten bleibt. Das Dichtelement zeichnet sich durch eine sehr gute Verankerung der Graphitblöcke 37 in der Stützleiste 4O aus. Die stellenweise Verwendung eines keramischen Kittes macht das Dichtelement außerdem besonders hitzebeständig, ohne die Haltbarkeit der Verbindung zu vermindern, da die Seitenteile 4l eine wirkungsvolle Abstützung der Graphitblöcke 37 und damit eine Entlastung der Verbindungsschicht 43 gegenüber Schubbeanepruchungen ergeben.

Statt eines keramischen Kittes ist es auch möglich, einen hitzebeständigen Zement oder einen ähnlichen Werkstoff zu benutzen. Statt eines Drahtgeflechtes können auch einzelne Drähte in der Verbindungsschicht angeordnet werden. Die stellenweise Verwendung besonders hitzebeständiger Werkstoffe in der Verbindungsschicht läßt sich auch mit Vorteil bei dem eingangs beschriebenen Dichtelement oder ähnlichen Ausführungen anwenden.

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Claims

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Ansprüche

Dichtelement zwischen dem Speicherkörper und einem Gaskanal eines Regenerativ-Wärmetauschers, da's aus¹ einer Gleitschicht aus Graphit, einer metallischen Stützleiste und aus einer dazwischenliegenden Verbindungsschicht zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützleiste (26,4O) aus einem Dodenteil (29,39) und zwei Seitenteilen (30,41), die die Gleitschicht (25,38) seitlich teilweise umfassen» besteht und daß an den Innenseiten des Dodenteiles (29,39) und der Seitenteile (30,41) die Verbindungsschicht (27,43) aufgebracht ist, in der die Gleitschicht (25,38) eingebettet ist.
2. Dichtelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenteile (30) der Stützleiste (26) mit Ausschnitten (32) versehen sind, die bis in den Bereich des Dodenteiles (29) geführt sind.
3. Dichtelement nach Anspruch 2 mit einer aus einzelnen Graphitblöcken zusammengesetzten Gleitschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschnitte (32) im Dereich der Seitenmitte jedes Graphitblockes (28) angeordnet sind.
4. Dichtelement nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (27) sich in die Ausschnitte (32) in den Seitenteilen (30) der Stützleiste (26) erstreckt und diese ausfüllt·
5. Dichtelement nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs-

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schicht (27) einen über die Stützleiste (26) hinausragenden Übergang (35) von der Oberseite (36) der Seitenteile (30) bis zu den beiden Seiten (31) der Gleitschicht (25) bildet.
6. Dichtelement nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (27,^3) in an sich bekannter Weise aus einem nachgiebigen Werkstoff, z.B. Silikonkautschuk, besteht.
7. Dichtelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (43) an thermisch hochbeanspruchten Stellen des Dichtelementes aus einem hitzefesten Werkstoff, z.D. einem keramischen Kitt, besteht.
8. Dichtelement nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, daß in den aus hitzefestem Werkstoff bestehenden Stellen der Verbindungsschicht (43) ein Drahtgeflecht (44) angeordnet ist.

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