DE3335570A1 - Wabendichtungsstruktur, verfahren zu ihrer herstellung und metallstreifen fuer ihre herstellung - Google Patents
Wabendichtungsstruktur, verfahren zu ihrer herstellung und metallstreifen fuer ihre herstellungInfo
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Description
Wabendichtungsstruktur, Verfahren zu ihrer Herstellung und Metallstreifen für ihre Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Wabenstreifen einer Wabenstruktur, eine Dichtung, die mit dem Wabenstrukturstreifen
hergestellt ist und ein Verfahren zur Herstellung der Dichtung. Die Erfindung bezieht sich auch auf
eine flach ausgebildete Platte, die mit dem Wabenstreifen hergestellt ist. Die Dichtungen sind hauptsächlich
für die Verwendung in Strahltriebwerken und Dampfturbinen
vorgesehen, können jedoch auch auf anderen Gebieten angewendet werden.
!5 Es ist den Fachleuten gut bekannt, daß Strahltriebwerke,
die in verschiedenen Typen von Flugzeugen verwendet werden, und verschiedene Typen von Gas- und Dampfturbinen
Dichtungen enthalten, welche insgesamt zylindrisch sind und Flächen aufweisen, an denen die Enden der Verdichter-
oder Turbinenschaufeln angreifen, um das überströmen des
Druckgases oder der Druckgase zwischen den Enden der Schaufeln und der jeweiligen Dichtungsfläche zu beschränken.
In der Vergangenheit wurden viele Versuche durchgeführt,
das Problem von Turbinendichtungen zu lösen. Die generell annehmbaren Maßnahmen waren jedoch im Hinblick auf die
Leistungsfähigkeit, den Beschaffungsaufwand und die kritische
Frage des Treibstoffverbrauchs von Flugzeug-Strahl-
triebwerken nicht voll zufriedenstellend.
In dem Verdichtungs- und Turbinenabschnitt von Strahltriebwerken und anderen Maschinen dreht sich ein Rotor
aus einer Zentralwelle mit einer oder mehr Reihen radial verlaufenden Schaufeln in einem stationären Gehäuse oder
Mantel. Während der Rotor hohen Betriebstemperaturen ausgesetzt ist, muß ein beträchtlicher Anfangsspalt zwischen
den Spitzen der Schaufeln und dem Gehäuse oder Mantel vorgesehen werde"«*; 1^u m unterschied! iche Wärmedehnungen
des Rotors und des Gehäuses oder Mantels auszugleichen, was dazu führen kann, daß die Luft oder anderes Gas in
beträchtlichen Mengen hinter die Spitzen der Rotorschaufeln
gepumpt wird, so daß die Leistung des Strahltriebwerkes beträchtlich verringert wird.
Nach dem Beginn der Energiekriese wurden neuerliche Anstrengungen
unternommen, um den Treibstoffverbrauch von Flugzeug-Strahltriebwerken zu verringern. Daher führt
jede Erhöhung der Leistung der Strahltriebwerke zu einer
entsprechenden Verringerung des verbrauchten Treibstoffes.
Dichtungen, die aus Wabenstrukturmaterialien hergestellt
werden, sind in den US-PS'en 2 963 307 und 3 056 853 beschrieben.
In der US-PS 3 068 565 sind gewellte Streifen mit ineinandersitzenden
vorspringenden und einspringenden Knotenabschnitten zur Herstellung einer Wabenstrukturschicht
beschrieben.
Wabendichtungen, die nach dem gegenwärtigen Stand der Technik konstruiert sind, haben jedoch zahlreiche Nachteile.
Die Zellengröße muß für· Anwendungsbereiche in Strahltriebwerken extrem klein sein und derartige Wabenstrukturmaterialien
sind aufwendig. Ein anderer größerer Nachteil konventioneller Wabenstrukturmaterialien liegt
darin, daß harte Stellen an den flachen Knotenpunktsverbindungen vorhanden sind, wo die doppelte Folienschicht
mehr oder weniger Lötmetall in sich einschließt, das für höhere Reparaturen sehr hart und abrasiv ist.
Daher wirken diese Knotenverbindungen wie Tausende von kleinsten Metallsägezähnen, die Ende zu Ende auf die
Drehrichtung des Rotors ausgerichtet sind und von welchen winzige Riefen in die Schaufel spitzen geschnitten werden,
wenn das Flugzeug in eine Turbulenz gerät, hart landet
oder rauhe Manöver durchführt und der gesamte Rotor gegenüber dem Maschinetigehause elastisch ausgelenkt wird und
mit den Schaufelspitzen auf die Dichtungsflächen auftrifft.
Diese winzigen Riefen können zu einer ernsthaften Beschädigung der Schaufel spitzen führen, da sie als
Ausgangspunkt für Risse wirken.
Eine andere Eigenart von konventionellen Wabendichtungen
besteht darin, daß sie als flache Tafeln hergestellt werden müssen, die anschließend zurechtgeschnitten werden
und zu einer ringförmigen Dichtung verbunden werden, der von einem entsprechend festen, einen Bestandteil des
Mantels oder Gehäuses des Strahltriebwerkes bildenden
Ring abgestützt wird.
Die Ausbildung von aufeinanderfolgenden, verbundenen
Stücken aus einer Wabentafel zur Herstellung einer Dichtung mit dem erforderlichen Durchmesser ist eine
extreme ermüdende und zeitaufwendige Aufgabe. Außerdem entsteht bei dem Biegen der Wabenstrukturtafeln in eine
gekrümmte Form entsprechend des erforderlichen Dichtungsdurchmessers ein antiklastischer Effekt dadurch, daß eine
sattelartige Krümmung oder Gegenkrümmung sich entlang der anderen senkrechten Hauptachse des Materials ausbilden
will, wenn der Versuch unternommen wird, eine einfache
Krümmung entlang der Hauptachse des Materials auszubilden. Die antiklastische Erscheinung ist in den US-PS'en
2 668 327, 3 227 600 und 3 616 141 angesprochen, von denen die beiden zuletzt genannten sich auf den Versuch
beziehen, eine formbare Wabenstruktur als flache Tafel herzustellen, die deformiert werden kann, wohingegen
die antiklastische Erscheinung vermieden ist.
Die sieh ergebenden Strukturen sind jedoch nicht wirklich
für Anwendungsformen als Dichtung geeignet, die hier hauptsächlich betrachtet werden.
Vorrichtungen, die ähnlich zu derjenigen sind, die in der
US-PS 2 963 307 beschrieben ist, sind in den US-PS'en
3 046 648 und5 3 "H)(T 928 beschrieben.
Beide dieser Patentschriften beziehen sich jedoch auf
die kritisierte Herstellung einer flachen Tafel, die zunächst hergestellt wird und dann auf einem Haltering
angebracht wird. Wegen der antiklastischen Erscheinung unterliegt die nach den beiden zuletzt genannten Patentschriftenhergestellte
Dichtung der gleichen Kritik wie die zuvor diskutierten bekannten Dichtungen.
Die gegenwärtige Praxis zur Herstellung von Turbinendichtungen durch Zusammensetzen von nachträglich gekrümmten
Stücken aus einer flachen Wabenstrukturtafel erfor-
15· dert das aufwendige Bearbeiten des sich ergebenden zylindrischen
Dichtungsteils nach dem Zusammensetzen, dem Punktschweißen der Dichtung auf den Ring und dem sich anschließenden
Verlöten, um die Antiklastizität und andere Unregelmäßigkeiten zu beseitigen, die in der zusa.mmengebauten
Dichtung vorhanden sein können. Diese Bearbeitung ist ein aufwendiger und langwieriger Vorgang, welcher
zusammen mit dem vorangehenden Zusammensetzen der flachen Tafelteile der Dichtung zu deren hohen Herstellaufwand
führt.
Andere alternative Konstruktionen aus dem Stand der Technik umfassen das einheitliche gitterartige Material nach
der US-PS 3 042 365.
Es wurde auch bereits vorgeschlagen, größere Zellen enthaltendes Wabenstrukturmaterial mit einem abriebsweichen,
wärmefesten Material zu füllen, wie in den US-PS'en 3 053 694, 3 068 016 und 3 126 149 beschrieben. Wenngleich
durch derartige Konstruktionen die axiale Gasströmung hinter die Rotorschaufeln verringert ist, sind
die anderen Nachteile von Wabendichtungen nicht beseitigt und Schwierigkeiten können darin erwartet werden,
das Füllmaterial in der Wabenmaterix zu halten.
Ein anderer bekannter Versuch bestand in der Herstellung einer Dichtung aus verfilzten Metallfasern, die zu einer
Matte gesintert wurden. Ähnlich wie die oben betrachteten Wabendichtungskonstruktionen enthalten Faserdichtungen
Fasern mit kleinem Durchmesser, die sehr oxidationsanfällig sind und für Anwendungen geeignet sind, bei denen
die Temperatur etwa 6500C nicht übersteigt, selbst wenn am meisten oxidationsfeste Materialien verwendet
werden. Beim Verschweißen oder Verlöten des Sintermaterials mit dem Stützteil füllt außerdem das Lötmaterial
oder Schweißmetall typisch die Zwischenräume zwischen den Fasern aufgrund der Kapillarität aus. Hierdurch werden
die Nachgiebigkeit und die abriebsweichen Eigenschaften, die in diesem speziellen Anwendungsgebiet die gewünschten
Haupteigenschaften sind, beträchtlich verschlechtert.
Typische ralativ junge Versuche, die Turbinendichtungen
innewohnenden Probleme zu beherrschen, sind in der US-PS 3 916 054 beschrieben, in welcher eine Dichtung aus
einer Mehrzahl von nachgiebigen gewellten Teilen angegeben ist, die lediglich an ihren Innenkanten an einem
Tragring festgelegt sind.
Eine spätere Form einer abnutzbaren Dichtung ist in der
US-PS 4 063 742 gezeigt, wohingegen eine Breitkanal dichtung in der US-PS 4 162 077 angegeben ist.
Letzlich ist es das Ziel der Erfindung, einen Dichtungsring
für Strahltriebwerke und Turbinen und ähnliche Vorrichtungen
zu schaffen, der zahlreiche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik aufweist und mit dem viele
Nachteile bekannter Strukturen beseitigt sind, die für das gleiche Anwendungsgebiet bestimmt sind.
Einer der der Erfindung innewohnenden Vorteile ist die Schaffung eines^D^chtungsringes der vorstehend angegebenen
Art, mit welchem die antiklastischen Probleme vollständig beseitigt sind, die bei der bekannten Verwendung
von Wabenstrukturplatten für die Herstellung von Triebwerksdichtungen vorhanden sind.
Ferner wird durch die Erfindung eine in der genannten Art ausgebildete Dichtung geschaffen, durch welche in
den meisten Fällen das Erfordernis beseitigt ist, die Dichtungsfläche der Dichtung zu bearbeiten, nachdem diese
auf ihren Befestigungsring montiert ist.
Zur Herstellung der Dichtungskonstruktion gemäß der Er- !5 findung ist eine Kernstreifenkonstruktion zur Herstellung
einer vielzelligen Dichtung vorgesehen, wobei die Streifenkonstruktion
gekennzeichnet ist durch die Schaffung von Gelenkmitteln, welche es erlauben, daß der Streifen
in zwei Ebenen verformbar ist, so daß er leicht das erforderliche Krümmungsmaß annehmen kann, welches durch
den Innendurchmesser der herzustellenden Dichtung bestimmt ist.
In einer Ausführungsform der Gelenkigkeit ist ein Kernstreifen mit gewelltem Verlauf vorgesehen, welcher entgegengesetzt
ausgerichtete Knotenflächen aufweist, von denen die Scheitel abschnitte bzw. die Fußabschnitte des
Streifens ausgebildet werden. Die Gelenkmittel sind auf diesen Knotenflächen vorgesehen und werden von lang-
gestreckten Sicken gebildet, welche von den Knotenflächen
nach oben ausgewölbt sind und welche eine radiale Verformung in zwei Sinnen aufnehmen können, nämlich die Hauptverformung,
die beim Aufwickeln des Streifens um die Rotorachse zur Ausbildung der Gestalt :der Dichtung auf-.
:
tritt, was noch eingehender erläutert wird, und die Nebenverformung,
welche auftritt, während einander benachbarte Knotenflächen des Streifens derajrt verdreht wer-
dena daß sie gegeneinandergesetzt sind.
Mit anderen Worten können die Gelenkmittel die radiale
Hauptverformung in der Richtung aufnehmen, in welcher der Streifen gewickelt wird, um den gewünschten Gesamtradius
des Dichtungsringes zu erhalten, und können auch über die Knotenflachen hin in einer Richtung verformt
werden, die normal zu dem ersten Verdrehradius verläuft.
Ein anderer Vorteil der hier angesprochenen Gelenkkonstruktion ist die Benutzung der zueinander passenden
Sicken als Einstellmittel für die gegeneinanderzusetzenden
Bögen des gewellten Bandes oder Streifens, während die einander benachbarten Windungen des Streifens fort-
!5 schreitend aufeinandergesetzt werden, um die entsprechenden
vorspringenden und einspringenden Knotenflächen des Streifens in ihre gegenseitige Betriebsstellung zu
bringen.
Um die maximale Flexibilität bei der Benutzung des erfindungsgemäßen
Streifens zur Herstellung der zylindrischen Triebswerksdichtung zu erreichen, kann die Gelenksicke
der einspringenden Knotenfläche des Streifens eine größere Weite als die der vorspringenden Knotenfläche auf-
2^ weisen, damit während des Zusammenbauens der aufeinanderfolgenden
Windungen des Streifens in ihre Betriebslage ein gewünschtes Maß gegenseitiger Versetzung zugelassen
ist,
Wenngleich hier vorläufig die oben angegebenen Gelenkmittel in den entsprechenden Knotenflächen des Streifens
beschrieben wurden, soll dies nicht als Einschränkung auf die Sickenausführungsform gelten, denn alternative Ausführungsformen, wie warzenartige Vertiefungen und zahl-
reiche andere ineinandergreifende und miteinander zusammenwirkende
Aussparungen und Vorsprünge können ebenfalls angewendet werden.
Weiter wird gemäß der Erfindung eine Turbinendichtung geschaffen, die^n einer kontinuierlichen Länge des zuvor
beschriebenen Kernstreifens hergestellt ist, indem der Kernstreifen seitlich entlang einer Schraubenlinie
auf einen vorbestimmten Innendurchmesser aufgewickelt wird, welcher dem Außendurchmesser des Turbinenschaufelrades
entspricht, für welches die Dichtung verwendet werden soll. Die Triebwerksdichtung gemäß der Erfindung ist
daher nicht aus einer flachen Tafel aus Wabenstrukturmaterial geformt, sondern wird als Endprodukt aus einer
kontinuierlichen Länge des Kernstreifens oder Bandes gemäß
der Erfindung unter Ausbildung der vielzelligen Dichtung erzeugt.
Wenngleich hier auf die Verwendung einer kontinuierlichen Länge des Kernstreifens oder Bandes Bezug genommen
wird, ist es für die Fachleute ersichtlich, daß ein solcher Kernstreifen oder ein solches Band auch aus
einer Vielzahl von kürzeren Streifenlängen ausgebildet
werden kann, die entweder vor der gegenseitigen Befestigung der aufeinanderfolgenden Windungen des Streifens
miteinander oder mit dem nur teilweise hergestellten
Ring verschweißt werden, jenachdem, wie es durch die Erfordernisse
des Anwendungszweckes verlangt wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine einheitliche Triebwerks-Wabendichtung, die aus einer kontinuierlichen
Länge des Kernstreifens hergestellt ist und bei welcher die einander abwechselnden vorspringenden
und einspringenden Knotenflächen der aufeinander folgenden
Windungen des Kernstreifens miteinander verschweißt sind oder auf andere Weise aneinander festgelegt sind,
wobei die Gelenkmittel der entsprechenden vorspringenden und einspringenden Knotenflächen ineinandergreifen, um
die Festlegung der entsprechenden Knotenflächen während
der Herstellung der Triebwerksdichtung zu erleichtern.
ι Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren
zur Herste!!uhg"der vorstehend angegebenen Triebwerksdichtung,
bei we!chem ein !anggestreckter gewellter Streifen mit einander abwechselnden Scheitelbögen und
Fußbögen vorbereitet wird, anschließend der Streifen seitlich zu einer schrauben!inienförmigen Gestalt aufgewickelt
wird, wobei die Fußbögen und Scheitelbögen gegeneinandergesetzt werden, während der Streifen fortschreitend
in die schrauben!inienförmige Form gewickelt
wird.
Die Festlegung kann durch solche Mittel wie dem Verschweißen oder Verlöten der Fußbögen und Scheitel bögen oder
Knotenflächen in deren gegenseitigen Betriebslage erfolgen.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß während des Wikkeins
der aufeinanderfolgenden Streifenwindungen in die zylindrische Form mit einer Abmessung, die von dem entsprechenden
Durchmesser der Turbinenschaufelanordnung bestimmt ist, mit welchem die Dichtung verwendet werden
soll, die Lokalisiermittel, die von den Gelenkstellen
des Streifens gebildet werden, zum Einstellen der gegenseitigen Betriebslage der entsprechenden Knotenflächen
vor der gegenseitigen Befestigung der Knotenflächen in ihrer gegenseitigen Betriebslage dienen. Weiter ist
die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung der Triebwerksdichtung unter Verwendung der Schweißtechnik
gerichtet, durch welche viele nachteilige Effekte der
bekannten Punktschweißtechniken mit Handstoßelektroden
beseitigt werden.
Es ist den Fachleuten bekannt, daß bei einem derartigen Punktschweißen zwei aufeinandergesetzte flache Flächen
mit der Schweißelektrode in Kontakt gebracht werden, so daß das Strecken und Verdünnen des Metalls erreicht
werden und dadurch die Abmessungen der Schweißstelle be-
grenzt werden.
Bei Verwendung der Schweißtechnik gemäß der Erfindung wird die Schweißelektrodenspitze auf die Gelenksicke
gedrückt und die Menge des Materials der Schweistelle wird größer, weil es von den geneigten Seitenwänden der
aufeinandergesetzten Sicken zugeführt wird.
Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Triebwerksdichtung,
die eine gewundene Knotenzone aufweist, um den Abrieb durch die Schaufel spitzen zu begünstigen und die
Wirkungen von harten Stellen zu reduzieren, die sich aus den konventionellen Knotenwiderlagern ergeben, die nicht
gewunden verlaufen und auf die Bewegungsrichtung der Schaufel spitzen ausgerichtet sind.
Wenngleich die schraubenlinienförmig gewickelt verlaufende
Gestaltung der Dichtung die Vorteile eines besseren Verschleißmusters, einer besseren Abmessungsgenauigkeit
und das vollständige Fehlen von Verbindungsstellen und
der damit einhergehenden harten Stellen bietet, ergeben sich aus dem Anfang und dem Ende des Schraubwickels kleine
Stufen (0,8 mm bei 1,6 mm Zellenkern). Diese Stufen können durch eine übliche Spleißung beseitigt werden.
Die schraubenlinienförmig gewickelte Dichtung kann an den Zellenwänden angrenzend an die Knotenflächen zerschnitten
werden, was zu einem Trennen der Dichtung um annähernd 30 Grad führt. Der Anfang und das Ende werden
in Obereinstimmung mit dem Winkel von 30° gebracht. Nach
dem Trennen wird die Dichtung in konventioneller Weise gespleißt und die Stufen werden durch das Verspleißen
der Bänder bis zur Ausbildung der getreuen Ringform beseitigt.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung ersichtlich.
In der Zeichnung zeigt:
ι Fig. 1 eine Stirnansicht der Turbinendichtung, die gemäß
der Erfindung hergestellt ist,
Fig. 2 eine Ansicht der Außenfläche der Triebwerksdichtung entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht der Innenfläche, die die Dichtungsfläche der Triebwerksdichtung darstellt, entlang
der Linie 3-3 in Fig. 1,
Fig. 4 die Seitenansicht eines Teils des Kernstreifens oder Bandes gemäß der Erfindung in vergößertem
Maßstab,
Fig. 5 einen Schnitt, aus welchem das Gegeneinandersetzen einander benachbarter Windungen des
Kernstreifens im vergrößerten Maßstab ersichtlich ist, wenn das Verfahren gemäß der Erfindung
zur Herstellung der Triebwerksdichtung gemäß der Erfindung verwendet wird,
Fig. 6 das entsprechende Zusammenpassen der Gelenkteile der vorspringenden und der einspringenden
Knotenflächen,
25
25
Fig. 7 die Ausbildung einer Schweißstelle durch die Schweißtechnik gemäß der Erfindung,
Fig. 8 eine Erläuterung des Abstreifeffekts bei der Rotation der Schaufeln um die Drehachse quer
über die schraubenlinienförmig ausgerichteten aufeinanderfolgenden Windungen des Kernstreifens
oder des Bandes,
Fig. 9 eine Erläuterung einer Ausführungsform des
Verfahrens gemäß der Erfindung zum Zusammenstellen der Triebwerksdichtung,
18 333557Q
Fig. 10 eine Erläuterung der Art, in welcher der Kern-
streifen gemäß der Erfindung fähig ist, Verdreh-" ungsverformungen während des Aufeinandersetzens
der aufeinander folgenden Windungen des Streifens bis in ihre Betriebsstellung aufzunehmen,
Fig. 11 einen flachen Kern, der aus dem Kernstreifen hergestellt ist und
10. Fig. 12 das Einsetzen eines Zweitstreifens zwischen die Hauptstreifen der Wabenstruktur, von welcher
die Dichtung aufgebaut ist.
Wie aus der Zeichnung, und besonders aus den Fig. 1 bis 5, ersichtlich ist, enthält eine Triebwerksdichtung 10,
die gemäß der Erfindung aufgebaut ist, den Hauptstreifen 12, der aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist.
Der Hauptstreifen aus den Fig. 4 und 5 besteht gemäß der Erfindung aus einem langgestreckten gewellten Körper 14,
welcher einander abwechselnde Scheitelabschnitte 16 und
Fußabschnitte 18 aufweist, die auch entsprechend als vorspringende und einspringende Knoten oder als vorspringende
und einspringende Bögen bezeichnet werden können. 25
Hauptstreifen zur Ausbildung einer Wabenstruktur sind gewöhnlich derart hergestellt, daß Zellen mit im wesentlichen
rechteckigem Querschnitt aus dem Aufeinandersetzen von aufeinander folgenden Knotenflächen des Strei-
fens erhalten werden. Leider hat die Verwendung flacher Tafeln, die aus solchen Hauptstreifen zur Ausbildung von
Triebwerksdichtungen hergestellt werden, den Nachteil, daß die sechseckige Zellenform wegen der antiklastischen
Querkrümmung der Dichtungskonstruktion aufgrund des dem
Streifen, aus welchem sie hergestellt ist, innewohnenden Widerstandes gegen Verdrehverformungen in zwei Ebenen,
wie früher erwähnt, von Haus aus ungeeignet für die
Ausbildung der Dichtungskonstruktion ist.
Wesentliche Probleme ergeben sich, wenn konventionelle flache Tafeln mit Wabenstruktur und sechseckigen Zellen
in irgendeiner Richtung gebogen werden, weil sich die antiklastische Krümmung in 90° zu der gewünschten Krümmungsrichtung
entwickelt. Zur Ausbildung von Wabendichtungen wird die flache Zellenstruktur, die gewöhnlich
Zellen einer Größe von 1,6 mm aufweist, gegen die Oberfläche eines Dichtungstragringes gepreßt, der einen
Durchmesser im Bereich von etwa 76 bis 1524 mm oder mehr hat, und die daraus folgende antiklastische Krümmung
muß ausgedrückt oder auf andere Weise beseitigt werden. Wenn sie ausgedrückt ist, muß die Wabenstruktur durch
Heftschweißen mit dem Dichtungstragring verbunden werden«
Dieser Vorgang wiederholt sich und führt in der Praxis nie zu einem optimalen Paßsitz zwischen der Wabenstruktür
und dem Ring zur Erzielung einer maximalen Festlegung durch Hartverlöten des Ringes und der Struktur.
Während des Ausdrückens der konventionellen Wabentafel werden einige der Knotenschweißstellen wegen der auf sie
einwirkenden hohen Spannungen durch die Beseitigung der antiklastischen Krümmung fehlerhaft. Viele dieser fehlerhaften
Knotenschweißstellen müssen ausgebessert werden oder die Zellenflächen der Dichtungen genügen nicht den
Vorschriften der Strahltriebwerkshersteller, nachdem das
Dichtungsmaterial mit dem Dichtungstragring hartverlötet ist. Dies ist ein zeitaufwendiger und mühseliger Vorgang.
Ferner wird in konventioneller Weise die Dichtungstafel in aufeinander folgenden Segmenten auf den Ring aufgebracht,
was Präzisionsverbindungen erfordert, wo die Dichtungssegmente auf die begleitende antiklastische
Krümmung treffen.
Ferner werden während des Heftschwei3ens konventionell hergestellter Dichtungen Pünktschweißstellen mit Hilfe
konventioneller HandstoSelektroden zum manuellen Durchdringen
der Hartlötfolie verwendet und dies ist ein anderer mühseliger und zeitaufwendiger Vorgang und führt
zu dem Problem, daß die Heftschweißstellen häufig Hartlötstellen
sind, die während des Hartlötens schmelzen und die Wabenstruktur lösen, so daß sie zur Rückkehr in
ihre antiklastische Form neigt und sich daher von dem
Ring ablöst. Als Lösung für dieses Problem wurde im allgemeinen
anstelle einer Folie Hartlotpulver in Form von Trockenpulver, dessen gleichmäßige Aufbringung extrem
schwierig ist, oder in einem harzartigen Bindemittel verwendet, welches in dem Hartlötofen vor dem Einleiten des
aktuellen Hartlötzyklus entgast werden muß.
Schließlich ist, obwohl die Grundfolie, aus welchem die Wabenstruktur hergestellt wird, mit einer Schlitzweite von
plus oder minus 0,025 mm oder selbst plus oder minus 0,013 mm bei besonderem Auftrag gekauft werden kann, die
Installation des konventionellen Wabenmaterials auf den
Ring so unbeherrschbar und ungleichmäßig, daß die Innenfläche der Dichtung bearbeitet werden muß, bevor sie für
den Triebwerkshersteil ler annehmbar ist. 25
Der Wabenstreifen 12 gemäß der Erfindung wird aus Hastalloy,
Inco 600, 347 rostfreiem Stahl oder aus irgendeinem widerstandsschweißbaren Material in Stärken von 0,05 bis
0,13 mm hergestellt. Er kann jedoch auch aus vielen an-
deren Materialien hergestellt werden, wenn der Schweißvorgang nicht verwendet wird und wenn die hohen Temperaturen,
wie sie in einer Strahltriebwerksturbine auftreten, nicht vorhanden sind.
Der Wabenstreifen 12 weist Gelenkmittel 20 und 22 auf, die zentral auf den vorspringenden Knotenflächen 16 bzw.
den einspringenden Knotenflächen 18 ausgebildet sind.
Die Gelenkmittel 20 und 22 werden von langgestreckten
Sicken 24 bzw.v" 2B^ausgebildet, die sich, wie am besten
aus Fig. 6 und 7 ersichtlich, von der einen Kante des Wabenstreifens 12 bis zu dessen anderen Kante erstrecken.
5
Zusätzlich zu der Funktion als Gelenkmittel für den Wabenstreifen
12 dienen die Sicken 24 und 26 auch als Lokalisiermittel
für die jeweils benachbarten Teile des Wabenstreifens 12, wenn die aufeinander folgenden Windüngen
des Wabenstreifens 12 in der aus den Fig. 1 bis 3, 5 und 6 bis 9 ersichtlichen Weise gegeneinandergesetzt
sind.
Um das Ineinandergreifen der Sicken 24 und 26 dann, wenn die aufeinander folgenden Windungen des Wabenstreifens
gegeneinandergewickelt.sind, zuzulassen, hat die einspringende
Sicke 26 vorzugsweise eine etwas größere Innenabmessung als die Außenabmessung der vorspringenden
Sicke 24, so daß die vorspringende Sicke 24 leicht in der einspringenden Sicke 26 aufgenommen werden kann.
Die Sicken, welche von dem Streifen 12 jeweils in der gleichen Richtung abstehen, haben im Ausführungsbeispiel
einen halbkreisförmigen Querschnitt. Beispielsweise kann
der Außenradius der vorspringenden Sicke 0,25 mm und der Innenradius der einspringenden Sicke 0,3 mm betragen.
Wenngleich der Wabenstreifen 12 durch viele Methoden hergestellt
werden kann, wird es bevorzugt, den Streifen auf Prägewalzen zu formen, die den Fachleuten bekannt sind.
Hierbei kann der Streifen in der gewünschten kontinuierlichen Länge durch das Prägewalzenpaar geführt werden, so
daß ein Streifen mit einer Länge^ die für die Herstellung einer vollständigen Triebwerksdichtung erforderlich ist,
zu einem Wickel aus dem Wabenstreifen 12 bereitgestellt
werden kann. Durch Vorsehen einer kontinuierlichen Länge des Wabenstreifens 12 kann die Steuerung der Spannung,
welcher der Wabenstreifen während der Herstellung der Dichtung 10 ausgesetzt ist; so aufrechterhalten werden,
da3 eine optimale Qualität gesichert ist.
Es ist jedoch vorstellbar, daß Triebwerksdichtungen mit sehr stark vergrößertem Innendurchmesser in der nahen
Zukunft angegeben werden, wenn die Größe der Strahltriebwerke zunimmt, und es ist vorstellbar, daß es erforderlich
sein kann, eine Länge des Wabenstreifens während der Herstellung einer Triebwerksdichtung mit der anderen
Länge zu verbinden. Es ist auch vorstellbar, daß eine
Länge des Streifens verwendet wird, um einen Teil der Dichtung herzustellen, und daß dann eine zusätzliche
Streifenlänge an die Dichtung selbst angefügt wird, wo der vorangehende Wabenstreifen sein Ende hat.
Beide Maßnahmen führen im wesentlichen zu identischen Strukturen der Triebwerksdichtung gemäß der Erfindung,
so daß auch solche Dichtungen unter die Erfindung fallen, die wegen der Ausbildung einer großen Triebwerksdichtung
10 unter Verwendung einer Mehrzahl von Wabenstreifenlängen hergestellt sind.
Wie vorher angegeben, ist der Wabenstreifen hauptsächlieh
zur Herstellung von Triebwerksdichtungen, wie die Triebwerksdichtung 10, vorgesehen. Jedoch kann der Wabenstreifen
12 auch zur Herstellung einer flachen Wabenplatte 100 verwendet werden, wie sie fragmentarisch in
Fig. 11 gezeigt ist.
30
30
Ein anderer wichtiger Gesichtspunkt des Abmessungsunterschiedes zwischen der vorspringenden Sicke 24 und der
einspringenden Sicke 26 liegt darin, daß bei dem Aufeinandersetzen aufeinanderfolgender Windungen des Kernstreifens
12 die vorspringende Sicke 24 dazu beiträgt, die darüber liegende Windung durch den Eingriff in die zugeordnete
einspringende Sicke 26 vor dem Verschweißen
der entsprechenden vorspringenden und einspringenden KnotenflächenT16* ilnd 18 in die gegenseitige Betriebslage
einzustellen.
Während der Herstellung der Triebwerksdichtung 10 wird, wie am besten aus Fig. 9 ersichtlich, eine Befestigungsvorrichtung
40 verwendet, welche einen zentralen Richtdorn 42 mit einem Außendurchmesser aufweist, der direkt
dem Innendurchmesser der auf ihm herzustellenden Dichtung 10 entspricht. An dem Fu3 des Richtdornes 42 ist ein
Stützring 44 festgelegt, der einen stufenförmig abgesetzten Abschnitt 46 zur Aufnahme der ersten Windung 48 des
auf den Ring 44 gelegten Wabenstreifens 12 aufweist.
Wenn das Material des Wabenstreifens 12 im Widerstandsschweißverfahren
verschweißt wird, kann eine Stoßelektrode 50, die konventionell gestaltet ist und über eine
Leitung 52 an einen konventionellen Schweißstromkreis angeschlossen ist, zur Ausbildung der aufeinander folgenden
Verschweißungen der übereinanderliegenden und in ihre gegenseitige Betriebslage gebrachten vorspringenden
und einspringenden Sicken 24 und 26 verwendet werden. Die Sicken 24 und 26 des Wabenstreifens 12 sind
in Fig. 6 so dargestellt, daß sie vollständig ineinandergreifen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß vorzugsweise
ein durch den Abmessungsunterschied zwischen den vorspringenden und den einspringenden Sicken 24 bzw.
26 erzeugtes Spiel vorhanden ist, welches für die gegenseitige Drehverformung der aufeinanderfolgenden Windüngen
des Streifens 12 während des Montage- und Schweißverfahrens sorgt. Diese Verformung sowohl in dem Hauptverdrehsinn
als auch in dem Nebenverdrehsinn ist aus Fig. 10 ersichtlich, welche das Biegen des Wabenstreifens 12
um die Hauptachse der Triebwerksdichtung 10 angibt. In
Fig. 10 ist auch die Ebene der Verdrehbewegung der Knotenflächen quer zu der Achse der Hauptdrehverformung dargestel1t.
Während der kontinuierliche Streifen 12 auf den Richtdorn
42 gemäß'FiV·' 9 aufgewickelt wird, findet die gleichzeitige
Radial verformung und Drehverformung des Wabenstreifens statt: Die Sicken 24 und 26 erlauben das
schraubenlinienförmige Aufwickeln des Wabenstreifens 12, wobei die Verformung der entsprechenden Knotenflächen des
Streifens 12 zur Schaffung des Innendurchmessers 60, wie in den Fig. 1 und 9 gezeigt, entgegengesetzt zu dem größeren
Außendurchmesser 62 stattfindet.
Gleichzeitig mit der Funktion der Gelenkglieder zur Aufnahme
der Abmessungsdiskrepanz zwischen dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser des aus dem kontinuierlichen
Wabenstreifen 12 hergestellten Dichtungsringes
erlaubt der bevorzugte Abmessungsunterschied zwischen den Sicken 24 und 26 das Verdrehen der entsprechenden
vorspringenden und einspringenden Knotenflächen zur Aufnahme
der Verformung in der Ebene der einander abwechselnden Knotenflächen.
Durch die Fähigkeit des Wabenstreifens 12 zu einer solchen Verformung ist die antiklastische Erscheinung, die
charakteristisch für das versuchte Krümmen von flachen Tafeln mit Wabenstruktur, die aus konventionellen haibhexagonalen
Wabenstreifen hergestellt sind, vollständig beseitigt und die Dichtungsfläche, die an dem Innendurchmesser
60 der erhaltenen Triebwerksdichtung 10 geschaffen ist, ist nach Abmessung und Funktion gleichförmig und daher
ist das Erfodernis für eine anschließende Bearbei-
tung der Dichtungsfläche zur Beseitigung der Antiklastizität
vermieden.
Außerdem kann die äußere Befestigungsfläche, die am gleichförmigen
Außendurchmesser 62 der Triebwerksdichtung 10
geschaffen ist, eng der Innenfläche des Befestigungsringes
entsprechen, von welchem die Maschinendichtung 10 in der Betriebslage gegenüber den Turbinenschaufeln des
Strahltriebwerkes lokalisiert wird.
Wenngleich eine Befestigungsvorrichtung 40 gezeigt ist,
die für das aufeinanderfolgende Handstoßschweißen der Sicken 24 und 26 gestaltet ist, kann eine automatisierte
Vorrichtung, die zum fortschreitenden Verschweißen der
Sicken fähig ist, zur Herstellung der Maschinendichtung 10 verwendet werden, wenn Maschinendichtungen mit einem
speziellen Durchmesser in einer großen Menge hergestellt werden. Das manuelle Herste!!verfahren aus Fig. 9 ist jedoch
geeignet,' wenn kleine Mengen von Maschinendichtungen hergestellt werden.
Konventionelle Tafeln mit Wabenstruktur aus Zellen mit
sechseckigem Querschnitt werden durch konventionelles Widerstandsschweißen hergestellt, bei welchem zwei Materiallagen
dadurch aneinander befestigt werden, daß mit einer Elektrode ein Strom durch sie hindurchgeleitet
wird, welche die Lagen gemeinsam gegen eine Gegenelektrode oder einen Dorn drückt. Die sich ergebenden
Schweißstellen sind zufriedenstellend, weil die Gegenelektrode
eine zusätzliche Wärmesenke zur Verhinderung der Oxidation der wärmebehandelten Zone schafft. Jedoch
sind die konventionellen Vielelektroden-Widerstandsschweiß·
techniken, die bei der Herstellung von konventionellen Triebwerksdichtungstafeln verwendet werden, bei der Herstellung
der erfindungsgemäßen Triebwerksdichtung 10 nicht anwendbar, weil es wegen der Vielzahl von erforderlichen
Elektroden unmöglich ist, Elektroden zu benutzen, die durch die Zellen der Struktur geführt werden,
und weil die Zellenwände an den Elektroden befestigt würden, wenn die Zellen der radialen Verformung in dem ersten
und dem zweiten oben diskutierten Sinne unterworfen
werden.
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Daher wurde ein Verfahren zum Verschweißen der jeweils
zusammenpassenden Sicken 24 und 26 der vorspringenden
und der einspringenden Knotenflächen 16 und 18 in deren
gegenseitigen Betriebslage*derart geschaffen, daß die
Nachteile des konventionellen Handstoß-Punktschweißens
beseitigt sind und eine Schweißstelle erhalten wird, welche beträchtlich fester als diejenige ist, die durch
das konventionelle Stoßpunktschweißen erhalten wird.
Beim konventionellen Stoßpunktschweißen zur Herstellung von Wabentafeln mit sechseckigen Zellen werden die eben
ausgebildeten Knotenflächen gegeneinandergesetzt und die Stoßelektrode wird mit der freiliegenden Fläche einer
der Knotenflächen zur Herstellung eines Schweißpunktes in Eingriff gebracht. Da jedoch die Knotenflächen
eben sind, sinkt die Elektrodenspitze der Stoßelektrode wegen der Schweißwärme ein und verdünnt das Material,
wodurch der.. Widerstand zunimmt, was seinerseits zur Erhöhung der Temperatur führt, so daß ein Selbstkühlungseffekt
oder Wärmesenkeneffekt nicht vorliegt.
Daher ist bei den konventionellen Handstoßschweißtechniken
eine extrem sorgfältige Steuerung des Schweißimpulses wesentlich. Auch ist das verdünnte Material
schwächer als das angrenzende Material der Knotenflächen
und es werden aus gewissen Gründen Brennstellen an der
Rückseite des Schweißpunktes erzeugt, die häufig die Ursache für Risse sind. Dies ist ein natürliches Ergebnis
der Schwächung des Materials während der Herstellung des Schweißpunktes und des Fehlens der Selbstkühlungs- oder
Wärmesenkenerscheinung, die vorliegt, wenn eine Gegenelektrode verwendet wird.
Zur Beseitigung der unerwünschten Erscheinungen beim konventionellen
Stoßpunktschweißen wird erfindungsgemäß eine Schweißtechnik verwendet, die in den Fig. 5 und 9
illustriert ist und bei der die Schweißelektrode 50 auf
die einspringende Sicke 26 gesetzt wird, die auf die in
sie eingreifende zugeordnete vorspringende Sicke 24 aus-
gerichtet ist. Die entsprechenden Sicken sind während des WalzenprägeveFfahrens kaltgeformt und bilden ein
nach oben vorspringendes Paar zusammenpassender Flächen mit im wesentlichen der gleichen Dicke wie im restlichen
Teil des Wabenstreifens 12. Die Elektrode 70 wird gegen den Scheitel der einspringenden Sicke mit einer Kraft
von beispielsweise 5 N gedrückt und der Schweißimpuls wird zugeführt, wodurch die Elektrode 70 in die Sicke
einsinkt. Wenn die Elektrode 70 in die Sicke 26 einsinkt, sinkt sie entsprechend auch in die darunterliegende Sikke
24 ein und drückt einen Teil des Materials der entsprechenden Sickenwände in die Schweißstelle. Hierdurch und
weil die Sicken beim Vorbewegen der Elektrode 70 weiter
werden, wird der gewünschte Effekt einer Schweißung erreicht, die selbstkühlend ist, d.i. beim Einsinken der
Elektrodenspitze mehr Strom erfordert. Daher ergibt sich in der Schweißzone aufgrund der Anwendung des Schweißverfahrens
gemäß der Erfindung eine Schweißung, welche anstelle von Brennstellen und Rissen, die sich aus der
Anwendung der konventionellen Schweißtechniken ergeben,
beträchtlich fester als eine konventionelle Stoßschweißstelle ist und vergleichbar ist mit einer die höchste
Qualität aufweisenden Schweißung mit Hilfe von Gegenelektroden.
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Die sich aus der Anwendung der Schweißtechnik ergebende Schweißstelle 80 ist in den Fig. 7 und 8 illustriert.
Dem Verfahren zur Herstellung der Triebwerksdichtung gemäß der Erfindung ist inhärent, daß die Verschweißung
der entsprechenden Knotenflächen stattfindet, nachdem
der Wabenstreifen 12 unter Erzielung der für das Hartverlöten der Dichtung mit ihrem Tragring erforderlichen
genauen Außendurchmessers und Innendurchmessers der Triebwerksdichtung 10 aufgewickelt ist. Wenn daher die
Triebwerksdichtung 10 in den Gegenring oder Mantel eingebaut wird, ist sie nicht einer mechanischen Verformung
unterworfen, welche auftritt, wenn aufeinanderfolgende
ι Längen konventioneller flacher Triebwerksdichtungsstrukturren
bis in den*Eingriff niit· dem Gehäuse oder Mantel des
Triebwerks zur Ausbildung einer Triebwerksdichtung verformt werden.
5
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Daher sind Schweißfehler beseitigt und das Erfodernis von sich anschließender Reparatur der Struktur aufgrund
der Verwendung der konventionellen flachen Tafeln ist beseitigt. Außerdem ist der Sitz der Triebwerksdichtung
.10, die mit dem Verfahren gemäß der Erfindung und unter Verwendung des Wabenstreifens gemäß der Erfindung hergestellt
ist, extrem genau, und zwar sowohl an dem Außendurchmesser, wo der Umfang der Dichtung 10 an dem Ring
anliegt, und an dem Innendurchmesser, wo die Turbinen- ·
!5 schaufeln an der Dichtungsfläche angreifen.
Wenn ein geringerer Verformbarkeitsgrad des Wabenstreifens 12 erforderlich ist, können anstelle der langgestreckten
Sicken 24 und 25 andere Formen verwendet werden, wie kreisförmige warzenartige Vertiefungen oder dgl. Es wurde
jedoch gefunden, daß durch kreisförmige Vertiefungen, die zu einer ausgezeichneten Schweißstelle entsprechend
der Lehre der Erfindung führen, die Flexibilität des Wabenstreifens während des Biegens des Wabenstreifens in
den beiden oben angegebenen Ebenen etwas begrenzt wird, wenngleich die Funktionen der vorher diskutierten Sicken,
von welchen die Gelenkmittel des Wabenstreifens gebildet werden, für das Schweißen und das Lokalisieren übernommen
werden.
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Der Herstellung der Triebwerksdichtung 10 in Übereinstimmung mit der Erfindung ist eigen, däß die Dichtungsflächen, die an dem Innendurchmesser des Ringes vorgesehen
sind, sämtlich in gleichförmiger Anordnung vorliegen,
nachdem sie bei der Herstellung von den Gelenkmitteln und
den ineinandergreifenden Knotenpunktsflächen des Wabenstreifens 12 angepaßt worden sind. Daher sind die Ungleichmäßigkeiten
der Triebwerksdichtungsstruktur aufgrund
der Verwendung von konventionellen flachen Wabentafeln
mit Sechseckzelfeh 'Beseitigt. Hinsichtlich der Flexibilität
des Wabenstreifens gemäß der Erfindung wurden im Vergleich mit konventionellen Wabenstreifen mit halbhexagonalen
Zellen verschiedene Berechnungen durchgeführt und es wurde festgestellt, da3 der Wabenstreifen gemäß der
Erfindung fünffach besser als der konventionelle Wabenstreifen in die Triebwerksdichtungsform verformbar ist.
Diese Annäherung an die Biegegleichförmigkeit führt zu
der Gleichförmigkeit des Innendurchmessers der Triebwerksdichtung, im Gegensatz zu den konventionellen Dichtungen,
bei denen Biegezonen vorhanden sind, in denen die Zellen teilweise eingefallen sind und die durchsetzt sind mit
Zonen ohne Krümmung.
Darüberhianus wird durch die Einförmigkeit der Zellengestalt
der Triebwerksdichtung 10 die Leichtigkeit, mit welcher die Dichtung in konventioneller Hartlöttechnik
an dem Tragring oder Mantel festgelegt ist, wesentlich begünstigt.
Während des Aufbauens der Dichtung 10 kann es zu einer trapezförmigen Verzerrung des Wabenstreifens 12 kommen,
die direkt proportional zu der Höhe des Wabenstreifens,
und umgekehrt proportional zu dem Dichtungsdurchmesser ist. Gewöhnlich kann die trapezförmige Verzerrung, die
gekennzeichnet ist durch die Höhendifferenz zwischen der Innenkante der Dichtung und der Außenkante der Dichtung,
vernachlässigt werden. Bei einem Durchmesser der Dichtung von 1220 mm beispielsweise führen 32 Windungen des
Wabenstreifens 12 insgesamt zu einer trapezförmigen Verzerrung von 0,21 mm, woraus sich ein Winkel von 2,386°
ergibt.
Wenn jedoch der sich ergebende Winkel unannehmbar ist, kann der Wabenstreifen 12 zu einer leicht trapezförmigen
Form in derjenigen Richtung geformt werden, die entge-
gengesetzt zu der trapezförmigen Verzerrung aufgrund des Aufwickeins des*V&benstreifens auf einen Dorn während des
Verschweißens des Wab.enstreifens 12 zu der endgültigen Dichtung 10 ist.
5
5
Eine andere Maßnahme zur Beseitigung der trapezförmigen Verzerrung bei Dichtungen mit kleinerem Durchmesser ist
das Heftschweißen eines Hilfsstreifens an den einen Rand des Grundwabenstreifens vor dem Formen der Bögen oder
Wellungen des Wabenstreifens 12. Der Hilfsstreifen kann eine Breite von weniger als 1/5 oder 1/6 der Breite des
Grundstreifens haben.
Wenn die Bögen oder Wellungen geformt werden, während !5 der Hilfsstreifen an dem Außenumfang der Dichtung vorhanden
ist, wird von dem Hilfsstreifen eine Verzerrung vermittelt, welche die Umkehrung der trapezförmigen Verzerrung
ist, die während des Aufwickeins des Streifens zu der Dichtungsgestalt auftritt, und verhindert daher
die Ausbildung des Winkels an dem Ende der Dichtung.
Es ist auch möglich, eine ebene Wabentafel 100 aus aufeinanderfolgend
ausgerichteten Wabenstreifen 12 herzustellen, wie am besten aus Fig. 11 ersichtlich.
25
Ein anderer wichtiger Gesichtspunkt der gleichmäßigen Gestaltung der Triebwerksdichtung 10, die gemäß der Erfindung
hergestellt wird, und der Verwendung der Schweißtechnik gemäß der Erfindung ist die Schaffung einer Schwei-
ßung, die sorgfältig derart gesteuert werden kann, daß
das Ausmaß, in welchem das Hartlötmaterial zwischen die einander gegenüberstehenden Flächen der miteinander verbundenen
vorspringenden und einspringenden Knotenflächen eindringt, genau bestimmbar' ist. Diese Eindringen ist bis
auf ein gewisses Maß vorteilhaft, weil dadurch die Bindung zwischen dem Befestigungsring oder Mantel und dem
Rand der Dichtung wesentlich begünstigt wird. Wenn jedoch
die Eindringtiefe bis in den Kontaktbereich mit den Schaufeln fortschreitVt.^wird dies schädlich, weil das Hart-1ötmaterial
extrem abrasiv ist und die Zerstörung und den Verschleiß der Schaufel spitzen verursachen kann.
5
Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß - obwohl die Sicken auf den Knotenflächen und die Knotenflächen selbst
als gegeneinandergesetzt und ineinander eingreifend dargestellt sind - die räumliche Beziehung zwischen den einander
gegenüberstehenden Flächen der Sicken der Knotenflächen durch eine entsprechende Ausbildung der Abmessungen
der ineinandergreifenden Sicken eingestellt werden kann.
Wie früher angegeben ist die Zellengröße der hergestellten
Dichtung 10 häufig extrem klein. Um noch kleinere Zellen ohne Änderungen der Abmessung des Wabenstreifens
12 zu erreichen, kann ein Zweitstreifen 110 vorgesehen sein, wie aus Fig. 12 ersichtlich, um den Zellenquerschnitt
um die Hälfte zu verkleinern. Wenn der Zweitstreifen zwischen die Hauptstreifen während des Schweißvorganges
eingeführt wird, wird die Zellengröße um die Hälfte verkleinert. Die Schweißung wird dann durch den
obersten Hauptwabenstreifen 12, den Zweitstreifen 110 und den unteren Hauptstreifen hindurch ausgeführt, der
sich bereits an seinem Platz befindet.
Der Hilfsstreifen kann aus sehr dünnem Material von beispielsweise
0,0254 mm hergestellt sein. Die kleineren Abmessungen des Hilfsstreifens erlauben ihm, zurückzuspringen,
wenn die Dichtung Übergangsbeanspruchungen unterworfen wird, wie solchen, die von harten Landungen
eines konventionellen Flugzeuges oder dgl. her rühren.
'
Durch die Erfindung sind ein Wabenstreifen, der insbesondere für die Herstellung einer einheitlichen Drehdichtungskonstruktion
geeignet ist, und eine alternative Ausführungsform geschaffen, bei welcher dem Hauptwaben-
streifen ein Zweitstreifen zugeordnet ist, um die sich ergebende Zellengtoße unidvdie Hälfte zu verkleinern.
Außerdem sind durch die Erfindung eine Drehdichtungskonstruktion, wie beschrieben und beansprucht, und das Verfahren
zur Herstellung derselben geschaffen.
Der Zweitstreifen weist geformte Gelenkmittel oder Sicken 112 für das Zusammenwirken mit denjenigen der Hauptwabenstreifen
auf und diese Sicken sind etwas weiter auseinander angeordnet als diejenigen der Hauptstreifen, so
daß beim Wickeln des Zweitstreifens in die schrauben-1inienförmige
Gestalt der Außenrand des Zweitstreifens wenigstens annähernd gerade verläuft und der Innenrand
(am kleineren Durchmesser) leicht wellig ist. Dieser sehr dünne und wellige Zweitstreifen steht den Turbinenschaufelspitzen
gegenüber und schafft eine gewisse Elastizität bei der Deformation und der Abrasion, wodurch sich
eine leicht reduzierte Leckfläche ergibt, nachdem er von den Schaufel spitzen getroffen worden ist.
Wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich ist, hat der Wabenstreifen 12 einen gewellten Verlauf mit abwechselnd
nach oben vorspringenden und nach unten einspringenden trapezförmigen Wellungen, so daß durch das seitliche
schraubenlinienförmige Aufwickeln des Wabenstreifens 12, bei welchem die nach unten einspringenden Wellungen
der obersten Schraubenlinienwindungen auf die nach oben
vorspringenden Wellungen der nächstunteren Schrauben-
1 inienwindung.jgesetzt werden, die aus Fig. 5 ersichtliche
Wabenstruktur mit im wesentlichen sechseckigem Zellenquerschnitt entstehen. Die Sicken 24 und 26 sind beide in der
Richtung nach oben ausgewölbt.
Claims (21)
1. Dichtung zur Ausbildung einer im wesentlichen zylindrischen Dichtfläche, gekennzeichnet durch die Kombination
eines schraubenlinienförmig aufgewickelten gewundenen
Streifens, dessen aufeinanderfolgenden Windungen
gegeneinandergesetzt sind, und Befestigungsmitteln zwischen den aneinandergesetzten Windungen zum Halten
des Streifens in einem vorbestimmten Schraubenlinienverlauf.
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gewundene Streifen eine gewellte Form hat und einander
abwechselnde Fuß- und Scheitel-Knotenabschnitte aufweist, wobei die Knotenabschnitte des Streifens von
den Befestigungsmitteln gegeneinandergesetzt gehalten werden, so daß eine Mehrzahl von öffnungen zwischen den
aufeinanderfolgenden Windungen des schraubenlinienförmig
aufgewickelten Streifens gebildet werden.
I/P -2-
Telefon (089) 293413 und 293414 · Telefax (089) 222066 · Telex 5212306 jepa d · Telegramm Steinpat München
3. Streifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf den^cKeiteiptjnkt-Knotenabschnitten des
gewellten Streifens vorstehende Auswölbungen ausgebildet sind und in den Fuß-Knotenabschnitten des
Streifens einspringende Eindellungen zur Aufnahme der vorstehenden Auswölbungen ausgebildet sind,
während die Fuß- und die Scheitelabschnitte des Streifens vor ihrer Befestigung gegeneinandergesetzt
sind.
4. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein vorgeformter Zweitstreifen zwischen die aufeinanderfolgenden Windungen des schraubenlinienförmig
aufgewickelten gewundenen Streifens eingesetzt ist und die Streifen von den Befestigungsmitteln
in einem vorbestimmten Schraubenlinienverlauf gehalten werden.
5. Dichtung zur Ausbildung einer Mehrzahl von Dichtflächen in zylindrischer Anordnung, gekennzeichnet
durch die Kombination eines langgestreckten Metallstreifens,
der unter Ausbildung von einander abwechselnden Fuß- und Scheitel bögen gewellt ist, die für
ihr gegenseitiges Zusammenwirken ausgebildete Loka-Visiermittel aufweisen, wobei der Streifen schraubenlinienförmig
derart aufgewickelt verläuft, daß die Fuß- und Scheitel abschnitte aneinandergesetzt
sind und die Lokalisiermittel miteinander in Verbindung
stehen, und Verschweißungen zwischen den Fuß- und Scheitel bögen zum Halten des Streifens in dessen
Schraubenlinienverlauf und zur Ausbildung von Offnungen zwischen den Dichtflächen des Streifens.
6. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lokalisiermittel vorstehende Auswölbungen
auf den Scheitelbögen und einspringende Eindellungen auf den Fußbögen sind.
7. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß beim ÄnVtnandersetzen der Fuß- und Scheitelbögen eine Relativverdrehung des Streifens in zwei
Sinnen stattfindet.
8. Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zweitstreifen aus Metall zwischen die Fuß-
und die Scheitel bögen des Streifens eingesetzt ist und von den Verschweißungen der Zweitstreifen und
die Fußbögen und die Scheitel bögen festgelegt werden.
9. Verfahren zum Herstellen einer Dichtung mit einer Mehrzahl von zylindrisch angeordneten Dichtflächen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrisch ausgebildete Wickelfläche vorbereitet wird, daß ein langgestreckter
Metallstreifen mit unter Ausbildung von
einander abwechselnden Fußbögen und Scheitel bögen gewelltem Verlauf vorbereitet wird, daß der Streifen
schraubenlinienförmig auf den Umfang der zylindrischen
Wickelfläche derart aufgewickelt wird, daß die Fußbögen und die Scheitelbögen aneinandergesetzt
werden, und daß die Fußbögen und die Scheitelbögen aneinander befestigt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß an den Fußbögen und den Scheitel bögen miteinander zusammenwirkende Lokalisiermittel ausgebildet
werden, von denen die Fußbögen und die Scheiteiso
bögen vor deren gegenseitigen Befestigung in ihre gegenseitige Betriebslage positioniert werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lokalisiermittel aus vorstehenden Auswölbungen
auf den Scheitelbögen und einspringenden Eindellungen in den Fußbögen ausgebildet werden
und die Auswölbungen vor dem gegenseitigen Befe-
stigen der Fußbögen und der Scheitel bögen in die Eindel1ungehvgesetzt"Werden.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dichtung außer Angriff an der Wickelfläche gebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsschritt durch Widerstandsschwei
ßen durchgeführt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß ein langgestreckter Zweitstreifen aus Metall zwischen die einander abwechselnden Scheitelbögen
und Fußbögen des ersten Streifens eingesetzt wird und mit dem ersten Streifen gleichzeitig schraubenlinienförmig
aufgewickelt wird und gleichzeitig zwischen den Fußbögen und den Scheitelbögen befestigt
wird.
15. Verfahren zur Herstellung einer Dichtung, die eine Mehrzahl von Dichtflächen aufweist, die zylindrisch
angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein langgestreckter gewellter Streifen mit einander abwechselnden
Fußbögen und Scheitel bögen vorbereitet wird, daß der Streifen schraubenlinienförmig derart
aufgewickelt wird, daß die Fußbögen und Scheitelbögen des Streifens gegeneinandergesetzt werden,
und daß die Fußbögen und Scheitelbögen aneinander festgelegt werden, während der Streifen fortschreitend
zu der Schraubenlinienform aufgewickelt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Fußbögen und Scheitel bögen miteinander zusammenwirkende Gelenk- und Lokalisiermittel aufweisen
und daß die Lokalisiermittel verwendet werden, die Scheitelbögen und die Fußbögen während des
Aufwickeins des Streifens vor deren Befestigung passend anefnänderzusetzen.
17« Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, da3 ein vorgeformter Zweitstreifen vorbereitet wird
und der Zweitstreifen zwischen die Windungen des ersten Streifens während des Gegeneinandersetzens
der Fußbögen und Scheitelbögen des ersten Streifens eingesetzt wird und daß der Zweitstreifen zwischen
den Fußbögen und Scheitel bögen befestigt wird, während der erste Streifen und der Zweitstreifen fortschreitend
zu der Schraubenlinienform aufgewickelt
werden.
18. Langgestreckter gewellter Streifen zur Herstellung
einer Wabenkernstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen einander abwechselnde Scheitelbögen
und Fußbögen aufweist, daß die Bögen Gelenkmittel zur Erleichterung des Aufwickeins des Streifens
zu einer Schraubenlinienform und des Aneinandersetzens
der Bögen während des Zusammenfügens von Teilen des Streifens zu einer Wabenstruktur aufweisen.
19. Streifen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkmittel von Auswölbungen auf den einander
gegenübergestellten Flächen der Fuß- und der Scheitelbögen gebildet werden.
20. Schweißverfahren zum Verbinden zweier benachbarter Knotenabschnitte eines gewellten Streifens, dadurch
gekennzeichnet, daß vorspringende und einspringende Auswölbungen an aneinandergreifenden Knotenabschnitten
ausgebildet werden, daß mit Hilfe einer Schweißelektrode ein Schweißpotential an die unabgestützten
Auswölbungen von deren einen Seite her übergeben wird und daß das Material der Auswölbungen in den
Schweißbereich gedrückt wird.
21. Wabenkernstruktur, gekennzeichnet durch die Kombination eines ersten Hauptstreifens mit Fuß- und
Scheitelbögen, eines zweiten Hauptstreifens, dessen Scheitelbögen den Fußbögen des ersten Hauptstreifens
gegenübergestellt sind, eines vorgeformten Hilfsstreifens,
der zwischen die Fußbögen und Scheitelbögen der Hauptstreifen eingesetzt ist, und Mitteln,
durch welche die Hauptstreifen in ihrer gegenseitigen Betriebsstellung aneinander befestigt werden.
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