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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausbilden einer Bürstendichtung
zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Komponenten.
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Bürstendichtungen
werden auf dem Gebiet rotierender Maschinen in großem Umfang
verwendet, um Dichtungen speziell in Gasturbinen, Düsentriebwerken
und unter anderen Bedingungen zu bewirken, bei denen eine Komponente
vorhanden ist, die sich mit einer relativ hohen Drehgeschwindigkeit bezüglich der
anderen Komponente dreht, und bei denen schwierige Betriebsbedingungen
vorliegen, wie zum Beispiel hohe Temperaturen, korrosive Gase und
hohe Drücke.
Eine typische Gasturbine oder Düsentriebwerk
hat ein Gehäuse,
in dem ein Rotor drehbar montiert ist. Eine Bürstendichtung, die ausgestaltet
ist, um eine Dichtung zwischen dem Gehäuse und dem Rotor zu bewirken,
kann eine ringförmige
Trägerplatte
aufweisen, die ausgestaltet ist, um an dem Gehäuse montiert zu werden, um
so mit einem Freiraum die Rotorwelle zu umgeben. An dem in radialer
Richtung äußeren Teil
der Trägerplatte
ist eine Vielzahl von nach innen gerichtet vorstehenden Borsten
vorgesehen, die daran befestigt sind, wobei die Länge der
Borsten genau so bearbeitet ist, dass die freien Borstenspitzen
leicht entlang der Fläche der
Rotorwelle wischen. Die Trägerplatte
sollte so montiert sein, dass sie sich auf der Niederdruckseite der
Dichtung befindet und somit die Borsten abstützend hält, mit Ausnahme der Spitzen
der Borsten, die über
die Trägerplatte
hinaus vorstehen.
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Es
wurden einige Verbesserungen bezüglich der
Basiskonstruktion der vorstehend erläuterten Bürstendichtung vorgeschlagen.
Ein besonderes Gebiet, mit dem man sich beschäftigt hat, ist die Notwendigkeit,
die Maschine in dem Fall wesentlich zu demontieren, dass eine abgenutzte
oder beschädigte Bürstendichtung
durch eine neue Dichtung ausgewechselt werden muss. Es ist beispielsweise
bekannt, den Träger
in zwei oder mehr gekrümmten
Teilen vorzusehen, die genau zusammenpassen und von denen jedes
ein jeweiliges Segment der vollständigen Bürstendichtung trägt, so dass
dann, wenn die Teile des Trägers
an dem Gehäuse
der Maschine angebracht sind, eine durchgängige Bürstendichtung um die Welle
herum gebildet ist. Wenn die Dichtung ersetzt werden muss, kann
sie in Teilen entfernt werden, ohne dass es erforderlich ist, die
Maschine vollständig
zu demontieren.
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Vor
kurzem wurde vorgeschlagen, einen Träger in ringförmigen Teilen,
die einen T-förmigen
Umfangsschlitz haben, zur Verwendung mit einem flexiblen Bürstendichtungselement
zur Verfügung
zu stellen, das an seinem radialen äußeren Ende einen T-förmigen Kopf
hat, der in den Schlitz in dem Gehäuse passt. Wenn die Dichtung
ersetzt werden muss, dann kann das alte Dichtungselement aus dem
Schlitz herausgeschoben werden, und ein neues Element wird dann
in den Schlitz eingeschoben. Die Abstützung für die Borsten wird durch die
Wand in dem Träger
an der Niederdruckseite der Dichtungsbaugruppe bewirkt, durch die
der Schlitz gebildet ist. Eine solche Dichtung ist sowohl preiswerter herzustellen
als auch einfacher anzupassen, aber es ist immer noch erforderlich,
das Gehäuse
in einem gewissen Umfang zu demontieren, da die Trägereinheit
in einem Stück
entfernt werden muss, bevor sie getrennt werden kann, um Zugriff
auf ein Ende von dem Schlitz zu ermöglichen, um das Entfernen des alten
Bürstendichtungselements
und das Einsetzen des neuen Elements zu ermöglichen.
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Eine
weitere Bürstendichtungsanordnung
ist in der EP-0905421-A gezeigt, wobei bei der Befestigungsprozedur
für das
Dichtungselement ein Bauteil verwendet wird, das in einen Schlitz
gepresst wird, in dem sich das Dichtungselement befindet. Um die endgültige Position
des Dichtungselements zu garantieren, werden die Borsten in einem
Träger
gehalten, der dann gegen Schultern, die in einer Grundplatte ausgebildet
sind, und dem eingepressten Befestigungsbauteil angeordnet ist,
und diese Komponenten greifen in einen speziell geformten Schlitz
in dem Gehäuse.
Diese Komplexität
führt zu
deutlich höheren
Herstellungskosten für
das Gehäuse,
das Bürstendichtungselement,
die zugehörige
Grundplatte sowie für
das Befestigungsbauteil.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren
zum Montieren einer Bürstendichtung
zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Komponenten zur Verfügung zu
stellen, wobei das Verfahren ein flexibles Bürstendichtungselement verwendet
und ein einfaches und schnelles Austauschen der Dichtung in dem
Fall ermöglicht, dass
die Dichtung abgenutzt oder beschädigt ist.
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Folglich
stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden einer
Bürstendichtung
zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Komponenten zur Verfügung, die
gegenüberliegende,
benachbarte Flächen
haben, mit:
Bereitstellen eines flexiblen Bürstendichtungselements, das
eine Vielzahl von Metallborsten aufweist, die seitlich nebeneinander
angeordnet sind und deren einen Enden miteinander verschmolzen sind,
um einen länglichen
Streifen zu bilden, wobei die verschmolzenen Enden gebogen sind,
um in Seitenrichtung von der Hauptebene des länglichen Streifens vorzustehen,
und sich die anderen Enden der Borsten im wesentlichen in Ausrichtung
befinden;
Vorsehen von einem Schlitz in einer der Komponenten,
wobei dieser Schlitz in der Fläche
der einen Komponente offen ist, um der gegenüberliegenden Fläche der
anderen Komponente zugewandt zu sein, wobei die Breite von dem Schlitz
größer ist
als die Dicke von dem Bürstendichtungselement
in dem Gebiet von deren Borsten;
Drücken der verschmolzenen Enden
des Bürstendichtungselements
in den Schlitz, so dass die anderen Enden der Borsten von der Oberfläche der
einen Komponente vorstehen; und dann
Drücken eines Verankerungsstreifens
in den Schlitz, wobei dieser Streifen an einer Wand von dem Schlitz und
an dem Bürstendichtungselement
anliegt, um die seitlich vorstehenden, miteinander verschmolzenen einen
Enden der Borsten in dem Schlitz zu halten, um das Bürstendichtungselement
in einer definierten Position zu befestigen.
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Durch
das Verfahren dieser Erfindung ist es primär beabsichtigt, eine Dichtung
zwischen relativ zueinander drehbaren Komponenten zu bewirken, wie
zum Beispiel dem Rotor einer Gasturbine oder eines Düsentriebwerks
und einem Gehäuse
dafür,
wobei das Verfahren verwendet werden kann, um eine Bürstendichtung
zwischen anderen Komponenten zu bilden. Beispielsweise kann eine
Dichtung durch das Verfahren zwischen zwei allgemein planaren Komponenten
oder sogar zwischen zwei unregelmäßig geformten Komponenten gebildet
werden. Jedoch wird die Erfindung nachfolgend im wesentlichen unter
Bezugnahme auf die prinzipiell beabsichtigte Verwendung beschrieben,
aber die Erfindung soll nicht so gesehen werden, dass sie auf diese
Anwendung beschränkt
ist.
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Es
ist offensichtlich, dass durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung
eine Bürstendichtung an
einem Gehäuse
angebracht werden kann, so lange man Zugriff zu der Fläche des
Gehäuses
hat, das der sich bewegenden Komponente zugewandt ist, gegenüber dem
eine Dichtung vorgesehen werden soll. Obwohl der Schlitz normalerweise
in einem Träger
gebildet ist, der mit dem Hauptmaschinengehäuse verschraubt oder auf andere
Weise geeignet daran befestigt ist, sollte der Schlitz tatsächlich direkt
in dem Gehäuse
des Motors oder einer anderen Maschine ausgebildet sein. Da im Zugriff
auf ein Umfangsende des Schlitzes für die meisten Installationen
nicht erforderlich ist, ist es ausreichend, die Welle aus dem Gehäuse zu entfernen
oder den Teil des Gehäuses,
in dem die Dichtung installiert werden soll, von der Welle weg zu
verlagern, je nachdem, was am besten geeignet ist. Das Entfernen
der abgenutzten oder beschädigten
Dichtung wird erreicht, indem die vorstehenden Teile der Borsten
aus dem Schlitz herausgezogen werden, und obwohl es wahrscheinlich
ist, dass dadurch das Dichtungselement weiter beschädigt wird,
ist dies allgemein kein Problem, da die Dichtung als Schrott angesehen
wird, der ohnehin entsorgt wird.
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Die
Borsten, aus denen das Bürstendichtungselement
hergestellt ist, können
an ihren einen Enden (das heißt,
für eine "herkömmliche" Gasturbinen- oder
Düsentriebwerk-Bürstendichtung, die in radialer
Richtung äußeren Enden
der Borsten) durch einen einfachen Schweiß- oder Hartlötvorgang
miteinander verschmolzen werden. Beispielsweise können die
Borsten auf geeignete Weise in einer Klemmvorrichtung angeordnet
werden, die den größeren Teil
der Länge
der Borsten hält,
wobei ihre einen Enden freiliegend sind, wobei der Schweiß- oder
Hartlötvorgang
dann an diesen freiliegenden Enden durchgeführt werden kann. Das Volumen
des Zusatzmaterials, das während
eines solchen Schweiß-
oder Hartlötvorgangs
verwendet wird, kann so gesteuert werden, dass die Form und die
Abmessungen der miteinander verschmolzenen Enden innerhalb bestimmte,
vordefinierte Grenzen liegen, aber dem Bürstendichtungselement an den
einen Enden der Borsten einen vergrößerten Kopf verleihen, der
gebogen wird, um seitlich von der allgemeinen Ebene des Streifens
vorzustehen.
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Eine
weitere Möglichkeit
zur Herstellung des Bürstendichtungselements
kann das Wickeln der Borsten um einen Querdraht, der sich entlang
der Länge
des Bürstendichtungselements
erstreckt, und dann das Verschmelzen der Borsten mit diesem Querdraht
beinhalten. In diesem Fall kann jede Borste lang genug sein, bevor
sie um den Querdraht gewickelt wird, um zu ermöglichen, dass die beiden Enden
von jeder Borste benachbart zueinander liegen, wenn sie um den Querdraht
herumgewickelt sind.
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Nach
dem Verschmelzen der einen Enden der Borsten, können diese verschmolzenen Enden des
Bürstendichtungselements
nachbearbeitet werden, beispielsweise durch einen Schleif- oder
Bearbeitungsvorgang, um so dem verschmolzenen Ende ein vordefiniertes,
Wulst-ähnliches
Profil zu verleihen. Dann muss die Länge der Borsten genau bearbeitet
werden, wiederum durch einen Schleif- oder einen anderen Bearbeitungsvorgang
an den freien Enden der Borsten, wobei die verschmolzenen Enden als
eine Referenzfläche
verwendet werden.
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Der
Schlitz in der einen Komponente kann einen einfachen rechteckigen
Querschnitt haben, wobei das verschmolzene Ende des Bürstendichtungselements
gegen die Basiswand des Schlitzes aufgenommen ist – und in
einer typischen Anwendung für eine
Gasturbine ist diese Basiswand das radialer Richtung äußere Ende
des Schlitzes. In einem solchen Fall muss der Verankerungsstreifen
einfach in den Schlitz gepresst werden, und zwar nach dem Anordnen
des Dichtungselements darin, wobei der Streifen gegen eine Fläche der
Borsten des Elements sowie an der gegenüberliegenden Wand des Schlitzes
anliegt. Der Verankerungsstreifen sollte vollständig eingepresst werden, um
so gegen das verschmolzene Ende des Bürstendichtungselements anzuliegen,
wodurch dieses Teil der Dichtung gegen die Basiswand des Schlitzes
anliegt, und zwar unter Verwendung eines speziellen Werkzeugs, durch
das der Verankerungsstreifen verformt wird, um eine Halterung des
Bürstendichtungselements
in dem Schlitz und die Abdichtung des Elements darin zu gewährleisten.
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Eine
andere Möglichkeit
beinhaltet das Vorsehen eines Schlitzes mit einem hinterschnittenen Bereich
an dem Basisende des Schlitzes, wodurch das verschmolzene Ende des
flexiblen Bürstendichtungselements
zumindest teilweise in diesem hinterschnittenem Bereich aufgenommen
werden kann. Auf diese Weise kann eine Beschädigung des verschmolzenen Endes
der Dichtung durch Einsetzen des Verankerungsstreifens minimiert
werden.
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Die
Komponente, in der der Schlitz geformt ist, kann ein Teil des gesamten
Gehäuses
der rotierenden Maschine beinhalten, oder sie kann einen separaten
Träger
aufweisen, der dazu ausgestaltet ist, um an dem Gehäuse befestigt
zu werden. Die letztere Anordnung ist bevorzugt, da das Ausmaß der Demontage
zum Auswechseln einer abgenutzten oder beschädigten Dichtung minimiert werden
kann; zum Abnehmen des Trägers
von dem Gehäuse
kann der Träger
einfach in axialer Richtung von der Motorwelle abgeschoben werden,
um Zugriff auf die Trägerbohrung
zu bekommen, um das Dichtungselement auszuwechseln.
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Eine
Halteplatte kann zwischen dem Verankerungsstreifen und dem Bürstendichtungselement angeordnet
sein, wobei die Halteplatte dazu dient, die Borsten an der Seite
davon abstützend
zu halten, die von der Wand des Gehäuses entfernt ist, das mit den
Borsten in Eingriff steht. Eine solche Halteplatte erstreckt sich
vorzugsweise über
im wesentlichen die gesamte Tiefe des Schlitzes, um so den wesentlichen
der Länge
der Borsten abstützend
zu halten, wodurch die freien Enden der Borsten immer noch die erforderliche
Dichtungsfunktion erfüllen
können.
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Im
Fall einer Dichtung für
die Verwendung mit einer Welle, die bezüglich der Komponente, in der die
Dichtung montiert ist, in beide Richtung rotieren kann, können sich
die Borsten bezüglich
der Welle genau radial erstrecken. Die Borsten können auf ähnliche Weise für einen
Fall vorstehen, in dem sich die beiden Komponenten relativ zueinander
in der Ebene der gegenüberliegenden
Flächen
bewegen. Wenn sich jedoch eine Welle immer in eine Richtung dreht, dann
können
die Borsten mit einem Winkel bezüglich der
wahren radialen Richtung liegen, um so eine Abstreifwirkung über die
Oberfläche
der Welle zu erreichen. Eine solche Anordnung ermöglicht eine
leichte Ablenkung der Borsten, wenn die Welle kleine Störungen um
ihre Hauptposition erfährt – beispielsweise
in dem Fall eines Gasturbinenrotors, der normalerweise mit einigen
zehntausend Umdrehungen pro Minute läuft, wobei der Rotor Perioden
von Vibrationen durchläuft,
wenn er auf seine normale Drehzahl hochläuft. Andere Möglichkeiten
beinhalten das Vorsehen einer Dichtung mit zwei Lagen aus Borsten, wobei
eine Lage über
der anderen angeordnet ist, wobei aber die Borsten der einen Lage
mit dem entgegengerichteten Winkel zu dem der anderen Lage bezüglich der
wahren radialen Richtung angeordnet sind.
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Anhand
lediglich eines Beispiels werden nun einige spezielle Ausführungsbeispiele
der Bürstendichtung,
die durch ein Verfahren dieser Erfindung zusammen gebaut ist, im
Detail beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird,
in denen:
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1 ist
eine schematische Querschnittsansicht durch eine Basis-Bürstendichtungsbaugruppe dieser
Erfindung als ein erstes Ausführungsbeispiel davon;
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2 ist
eine Endansicht von lediglich einem Teil des Bürstendichtungselements, das
in dem ersten Ausführungsbeispiel
verwendet wird;
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3 ist
eine Ansicht ähnlich
zu der aus 1, aber von einer modifizierten
Form bezüglich des
ersten Ausführungsbeispiels
der Bürstendichtungsbaugruppe;
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4 ist
eine Querschnittsansicht durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Bürstendichtungsbaugruppe
dieser Erfindung;
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5 zeigt
eine modifizierte Form des zweiten Ausführungsbeispiels;
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6 ist
eine Querschnittsansicht durch ein anderes Bürstendichtungselement zur Verwendung bei
der Ausbildung einer Bürstendichtung
dieser Erfindung;
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7 zeigt
die Verwendung des Bürstendichtungselements
aus 6 zusammen mit einer Labyrinth-Dichtung;
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8 zeigt
eine andere Bürstendichtungsbaugruppe,
bei der die Borsten in radialer Richtung aus einer inneren Komponente
nach außen
vorstehen, um eine Dichtung gegen eine äußere Komponente zu bilden;
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9 ist
eine Ansicht ähnlich
zu der aus 2, aber von einem anderen Bürstendichtungselement
zur Verwendung in einer Bürstendichtung
dieser Erfindung;
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10 zeigt
eine axiale Bürstendichtungsbaugruppe
als ein weiteres Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung; und
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11 ist
eine Endansicht der Dichtungsbaugruppe aus 10.
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Es
wird zuerst auf 1 Bezug genommen, in der ein
Teil einer rotierenden Maschine gezeigt ist, wie zum Beispiel eine
Gasturbinenmaschine, die eine Rotorwelle 15 aufweist, die
drehbar in einem Gehäuse 16 montiert
ist, wobei in dem Gehäuse
eine Bohrung 17 definiert ist, durch die sich die Welle
erstreckt. Die Bohrung ist so bearbeitet, dass ein Schenkel 18 angeordnet
ist, um die Welle 15 mit geringem Abstand zu umgeben, und
ein Schlitz 19 ausgebildet ist, der sich in radialer Richtung
von der Bohrung 17 nach außen in das Gehäuse erstreckt.
Der Schlitz 19 hat eine einfache rechteckige Querschnittsform
und eine Hochdruck-Seitenwand 20, eine gegenüberliegende
Niederdruck-Seitenwand 21 und eine Basiswand 22.
Das Gehäuse
kann ein separater Träger
sein, der lösbar
an dem Hauptgehäuse
der rotierenden Maschine befestigt ist.
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Ein
flexibles Bürstendichtungselement 23, das
auch in 2 gezeigt ist, ist in dem Schlitz 19 montiert,
um eine Dichtung zwischen dem Gehäuse 16 und der äußeren Umfangsfläche 24 der
Welle 15 zu bewirken. Das Bürstendichtungselement 23 beinhaltet
eine Vielzahl einzelner Borsten 25, jeweils aus Metalldraht
hergestellt, deren einen Enden 26 (das heißt, ihre
radialen äußeren Enden)
entweder durch einen Schweiß-
oder durch Hartlötvorgang
miteinander verschmolzen sind, um dadurch einen Wulst 27 zu
bilden, der sich entlang der Länge
des Elements 23 erstreckt. Jede Borste verläuft mit
einem gemeinsamen Winkel bezüglich
der wahren radialen Richtung oder bezüglich einer Tangente an der
Oberfläche
am Kontaktpunkt der Borstenspitze mit der Oberfläche, obwohl sich die Borsten
bei einigen Anwendungen in der wahren radialen Richtung oder senkrecht
zu der Tangente erstrecken, wie geeignet.
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Das
Bürstendichtungselement 23 wird
im Schlitz 19 gehalten, wobei der Wulst 27 gegen
eine Endwand 22 des Schlitzes 19 anliegt, und
zwar mittels eines Verankerungsstreifens 28, der nach dem Einsetzen
des Dichtungselements in den Schlitz 19 gepresst wird.
Der Verankerungsstreifen 28 ist normalerweise aus einem
schmiedbaren Metall hergestellt, wie zum Beispiel weicher Edelstahl
oder eine weiche Nickel- oder Kobalt-Legierung, obwohl für weniger
nachgefragte Anwendungen Weicheisen, Kupfer, eine Bronzelegierung
oder eine Aluminiumlegierung verwenden werden können. Der Streifen wird in
den Schlitz 19 zwischen die Hochdruck-Seitenwand 20 des
Schlitzes und die Flächen
der Borsten gedrückt,
die diesem Schlitz zugewandt sind, und zwar durch ein spezielles
Werkzeug, das den Streifen sicher verformt, um das Element in dem
Schlitz zu halten und um eine Dichtung zwischen dem Element und
den Wänden
des Schlitzes zu bewirken.
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Nach
dem Verschmelzen der Borsten zum Ausbilden des Bürstendichtungselements 23 werden die
verschmolzenen einen Enden 26 bearbeitet oder einen Schleifvorgang
ausgesetzt, um so dem verschmolzenen Ende ein vorbestimmtes Profil
und eine vorbestimmte Dicke zu verleihen. Dann werden die Borsten
der Bürstendichtung
unter Verwendung des bearbeiteten oder geschliffenen, verschmolzenen Endes
als eine Referenzfläche
eingeklemmt, so dass die freien Enden 29 der Borsten auf
eine genaue Länge,
und zwar innerhalb sehr enger Toleranzen, bezüglich der Referenzoberfläche bearbeitet
werden können.
Dies kann durchgeführt
werden, indem entweder das Bürstendichtungselement
geradlinig oder in eine gekrümmte
Form gehalten wird, mit dem gleichen Radius oder Krümmung wie
für die
verwendete Dichtung.
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Der
auf den Verankerungsstreifen 28 aufgebrachte Druck sollte
ausreichend hoch sein, um eine plastische Verformung eines Verankerungsstreifens zu
gewährleisten,
um so den Wulst 27 des Bürstendichtungselements mit
der Endwand 22 fest in Eingriff zu bringen und um den Streifen
zwischen der Hochdruck-Seitenwand und den Borsten unmittelbar benachbart
zu dem Wulst 27 keilförmig
einzuklemmen. Auf diese Weise wird das Bürstendichtungselement sicher
in seiner Position gehalten, um als eine Dichtung zu dienen. Um
das Einsetzen des Verankerungsstreifens 28 zu erleichtern,
kann das Ende der Hochdruck-Seitenwand 20 benachbart
der Welle 15 leicht abgeschrägt sein, wodurch dem Verankerungsstreifen
eine Führung
gegeben wird.
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In
dem Fall, dass das Bürstendichtungselement 23 bei
Betrieb abgenutzt oder beschädigt
wird, kann das Element leicht entfernt werden, und zwar nach dem
Entfernen des Gehäuses,
indem die vorstehenden freien Enden 29 der Borsten gegriffen
und das gesamte Dichtungselement aus dem Schlitz 19 herausgezogen
wird, wobei der Verankerungsstreifen 28 zusammen mit dem
Dichtungselement herausgezogen wird, wonach ein neues Bürstendichtungselement
zusammen mit einem neuen Verankerungsstreifen 28 installiert
werden kann.
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In
der nachfolgenden Beschreibung von Modifikationen bezüglich des
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels
und von anderen Ausführungsbeispielen
werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um die gleichen oder im
wesentlichen die gleichen Komponenten zu bezeichnen, sofern dies
geeignet ist, und diese Komponenten werden nicht noch einmal beschrieben.
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In
der modifizierten Form der Dichtungsbaugruppe, die in 3 gezeigt
ist, wird eine Halteplatte 31 gleichzeitig mit dem Einsetzen
des Bürstendichtungselements 23 in
den Schlitz 19 eingesetzt, um so zwischen den Borsten an
der Hochdruckseite des Dichtungselements und der Hochdruck-Seitenwand 20 des
Schlitzes zu liegen. Dann wird der Verankerungsstreifen 28 in
den Schlitz 19 zwischen die Halteplatte 31 und
die Hochdruck-Seitenwand 20 gedrückt. Auf diese Weise kann die
Gefahr der Beschädigung
der Borsten an der Hochdruckseite des Dichtungselements 23 während des
Einsetzens des Verankerungsstreifens 28 vermindert werden.
Darüber hinaus
kann die Halteplatte 31 zur Abstützung der Borsten 25 gegen
eine übermäßige Durchbiegung
in axialer Richtung dienen, wenn der Druck an der normalerweise
Niederdruckseite der Dichtung zeitweise über den Druck auf der normalerweise
Hochdruckseite der Dichtung ansteigt.
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In
dem Ausführungsbeispiel
aus 4 ist der Schlitz 19 modifiziert, um
an dem in radialer Richtung äußersten
Ende des Schlitzes eine Hinterschneidung 23 zur Verfügung zu
stellen, die mit dem Hauptteil des Schlitzes verbunden ist. In diesem
Fall wird das Bürstendichtungselement 23 so
eingesetzt, dass sich der Wulst 27 in der Hinterschneidung 32 befindet,
indem das Bürstendichtungselement
in axiale Richtung bewegt wird, bis die Dichtung vollständig in
den Schlitz 19 eingesetzt ist. Dann wird die Dichtung durch
Einsetzen des Verankerungsstreifens 28 zwischen die Borsten
an er Hochdruckseite der Dichtung und die Hochdruckwand 20 gehalten.
In diesem Ausführungsbeispiel
muss der Verankerungsstreifen lediglich in einem relativ kleinen
Ausmaß verformt
werden, um das Bürstendichtungselement
in seiner Position zu halten.
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5 zeigt
eine modifizierte Form der Baugruppe aus 4. Hier
ist eine Halteplatte 33 zwischen der Hochdruckseite der
Borsten und der Hochdruck-Seitenwand 20 des Schlitzes in
im wesentlichen der gleichen Weise vorgesehen, wie vorstehend unter
Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde. Die Halteplatte 33 erfüllt die
gleichen Funktionen, wie dies für
die Halteplatte 31 beschrieben wurde.
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6 zeigt
eine andere Bürstendichtungselementkonstruktion.
Hier ist ein Querdraht 35 entlang der Kante des Dichtungselements
vorgesehen, die für
die tiefste Positionierung in dem Schlitz 19 vorgesehen
ist, wobei jede Borste eine ausreichende Länge hat, um teilweise um den
Querdraht gewickelt werden zu können.
Zwei Konstruktionen sind möglich;
entweder erstreckt sich jede Borste lediglich von dem Ende des Dichtungselements,
das dazu gedacht ist, eine Dichtung gegen die andere Komponente
zu bewirken, zu dem Querdraht, ist aber teilweise um den Querdraht
herumgewickelt, oder jede Borste kann eine ausreichende Länge haben,
um sich von dem Ende des Dichtungselements, das dazu gedacht ist,
eine Dichtung gegen eine andere Komponente zu bewirken, bis zu und
um den Querdraht herum und wieder zurück zu erstrecken, um benachbart
dem ersten Ende der Borste zu liegen. Diese zweite Konstruktion
ist in 6 gezeigt. Nach dem Herumwickeln der Borsten auf
diese Weise werden die Borsten miteinander und mit dem Querdraht verschmolzen,
wonach das Bürstendichtungselement
in der gleichen Weise bearbeitet wird, wie vorstehend beschrieben
wurde, und zwar hinsichtlich Form und Abmessungen von dem Wulst 27 und
der Länge
der Borsten, die sich davon erstrecken.
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7 zeigt
die Verwendung der Bürstendichtungsbaugruppe
mit dem wesentlichen der gleichen Konfiguration wie in 4,
aber eingebunden in eine Labyrinth-Dichtung. Hier hat das Gehäuse 37,
in dem der Schlitz 19 ausgebildet ist, eine Bohrung 38, die
mit einer Vielzahl ringförmiger
Rippen 39 profiliert ist, die jeweils eine im wesentlichen
dreieckige Querschnittsform haben. Auf ähnliche Weise ist die Welle bearbeitet,
um einen Labyrinth-Dichtungsbereich 40 vorzusehen, wobei
die Umfangsfläche
der Welle Rippen 41 aufweist, die mit den Rippen 40 des
Gehäuses
zusammenpassen. Auf diese Weise wird ein länglicher Leck-Pfad für Hochdruckgas
vorgesehen, um so die Dichtungswirkung des Bürstendichtungselements 23 zu
erhöhen,
das in den Schlitz 19 eingesetzt ist.
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8 zeigt
eine alternative Form der Dichtungsbaugruppe. Hier hat ein Gehäuse (nicht
gezeigt) für
eine rotierende Komponente 43 einen Flansch 44,
der sich im wesentlichen axial zur rotierenden Komponente erstreckt
und eine innere zylindrische Fläche 45 hat.
Die drehbare Komponente hat an ihrem freien Ende einen Vorsprung 46, wobei
in dem Vorsprung ein Schlitz 47 mit einer einfachen rechteckigen
Querschnittsform und einer Öffnung durch
die Fläche
des Vorsprungs vorgesehen ist, die der zylindrischen Fläche 45 zugewandt
ist. Ein Bürstendichtungselement 48 ist
in dem Schlitz 47 durch einen Verankerungsstreifen 49 in
der gleichen Weise installiert, wie vorstehend unter Bezugnahme
auf 1 beschrieben wurde. Das Bürstendichtungselement 48 hat
eine etwas andere Form als das Element 23, das in dem Ausführungsbeispiel
aus 1 verwendet wurde, indem sich die Borsten von
dem Wulst 50 radial nach außen erstrecken, so dass die
freien Enden 51 mit der zylindrischen Fläche 45 eingreifen können. Im
Vergleich zu dem Bürstendichtungselement 23 muss
die Packungsdichte der Borsten höher sein,
so dass dann, wenn das Bürstendichtungselement
gekrümmt
ist, wie gezeigt, immer noch ein ausreichender Dichtungseffekt zwischen
benachbarten Borsten vorhanden ist, und zwar trotz der negativen Krümmung des
Dichtungselements.
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9 zeigt
eine Weise, in der eine ausreichend hohe Packungsdichte für ein Dichtungselement
erreicht werden kann, wie es in der Anordnung aus 8 verwendet
wird. Hier sind die Borsten in zwei Lagen 53 und 54 angeordnet,
wobei die Borsten in jeder Lage mit einem Winkel bezüglich der
wahren radialen Richtung verlaufen, sich aber die Borsten in jeder
Lage mit entgegengesetzten Winkeln zueinander erstrecken. Ein solches
Dichtungselement kann auf bequeme Weise durch die Technik hergestellt werden,
die in 6 gezeigt ist, aber durch Biegen der Borsten,
wenn sie um den Wulst draht 35 geführt werden, und zwar bevor
die Borsten miteinander verschmolzen werden.
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10 und 11 zeigen
eine Bürstendichtungsbaugruppe
dieser Erfindung, die verwendet wird, um eine Dichtung zwischen
zwei planaren Flächen 56 und 57 zu
bewirken, die einander zugewandt sind und an jeweiligen Komponenten 59 und 60 vorgesehene
sind. Die Bürstendichtung 61 ist
um eine Öffnung 58 mit
einer unregelmäßigen Form
angeordnet, wie am besten in 11 zu
sehen. Das Bürstendichtungselement
ist in der gleichen Weise wie das Element 23 (1)
oder wie das aus 6 hergestellt und wird in dem
Schlitz 19 in der Komponente 59 exakt so installiert,
wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Die freien Enden 29 der Borsten stehen über die Fläche 56 der Komponente 59 vor,
wenn sie installiert sind, um so mit der Fläche 57 der Komponente 60 einzugreifen.
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Bei
Fertigstellung ermöglicht
die Dichtung aus 10 und 11, dass
die Komponenten in seitlicher Richtung relativ zueinander bewegbar
sind, aber nicht in axialer Richtung, wodurch eine Dichtung zwischen
den Komponenten beibehalten wird.