DE69407364T2 - Bürstendichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Bürstendichtung. Insbesondere betrifft sie eine Verbesserung der Konstruktion einer Bürstendichtung zur Verringerung der Leckage durch eine Dichtung, die einen Bereich einer gestörten Strömungsmittelströmung begrenzt.
• Bürstendichtungen werden zum Abdichten von Spalten zwischen relativ beweglichen Bauteilen eingesetzt, insbesondere zwischen umlaufenden Bauteilen wie beispielsweise im inneren Luftkühlsystem eines Gasturbinentriebwerks, um das Auslecken von Kühlluft zu verhindern oder zumindest wesentlich zu verringern. Eine überschüssige Verwendung innerer Kühlluft verschlechtert direkt den Triebwerkwirkungsgrad und steigert den spezifischen Brennstoffverbrauch. Die Dichtungen können als Gas- oder Flüssigkeitsdichtungen eingesetzt werden, beispielsweise bei einer Triebwerksanwendung kann die Dichtung als Öl- oder Luftdichtung eingesetzt werden.
• Aus dem früheren UK-Patent 1 450 553 ist eine Bürstendichtung dieser Bauart bekannt, die ein Paket metallischer Borsten aufweist, die sandwichartig zwischen zwei ringförmigen Stirnplatten angeordnet sind. Die Borsten sind einstückig mit den Stimplatten verbunden und in Richtung der Relativdrehung zwischen den beiden dichtenden Elementen abgewinkelt.
• Die internationale Veröffentlichung wo 92/14 951 beschreibt ebenfalls eine Bürstendichtungsbaugruppe, die aus zwei Borstenreihen besteht, wobei die Borsten der ersten Reihe kürzer als diejenigen der zweiten Reihe sind und eine größere Steifigkeit haben.
• Das UK Patent 1 598 926 beschreibt eine Bürstendichtung, die mit Stimplatten an der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite der Borsten versehen ist, die sich über fast die gesamte Borstenlänge erstrecken. Die Borsten stehen nur um eine minimale Länge über die Platten vor, und zwar mit einer umfangsmäßigen Richtungskomponente, und stehen in Reibkontakt mit einer damit zusammenwirkenden Fläche, um eine Strömungsdichtung herzustellen. Dabei ist wichtig, daß die Borsten die Flexibilität behalten, so daß sie in der Lage sind, einer seitlichen Wellenbewegung zu folgen und eine gute Abdichtung aufrechtzuerhalten. Daher spannen die Stimplatten die Borsten nicht zu straff ein, so daß jede Borste sich frei ausbiegen kann, aber dies setzt auch die Borsten an der Stirnseite der Borstenpackung dem Einfluß störender Strömungen aus. Bei diesem früheren Patent ist mindestens eine der Stimplatten an ihrer die Borsten berührenden Stirnfläche um eine ausreichende Distanz von einer Kante freigeschnitten, um den Borsten Bewegungsfreiheit zu geben. Zusätzlich ist unter den Stimplatten ein Spalt vorgesehen, der gerade gleich dem zwischen den Stimplatten und der damit zusammenwirkenden Dichtfläche benötigten Spielraum ist, um Herstellungstoleranzen, unterschiedliche Wärmedehnung und zulässige Exzentrizität der Drehung zu berücksichtigen.
• Bürstendichtungen sind für eine kontrollierte Leckageströmung durch das Borstenpaket ausgelegt (unter anderem zur Kühlung der Borsten), und dieser Strömungsdurchsatz wird durch die Druckdifferenz, die Dicke der Borstenpackung und die Anzahl der Borsten usw. bestimmt, wobei angenommen wird, daß die Borsten insgesamt den dichtenden Kontakt beibehalten. Wenn also ein Teil des Borstenpakets die dichtende Berührung verliert, wirkt die Druckdifferenz auf weniger Borsten und die Leckrate steigert sich. Bei Dichtungen mit einer Deckplatte oder Absqhirmung wird dieser Leckstrom von der Hochdruckseite durch Strömungsmittel gespeist, das durch den Ringspalt zwischen der Peripherie der Abschirmung und dem umlaufenden Bauteil hindurchpassiert. In ähnlicher Weise tritt der Leckstrom durch Hindurchpassieren durch den Ringspalt zwischen der Peripherie der Stützplatte und dem umlaufenden Bauteil aus. Daher besteht die Forderung, daß diese Strömung keine vermeidbare Störung der Borsten verursacht, beispielsweise indem sie diese veranlaßt, die dichtende Berührung zu verlieren. Wenn dies auftritt und die Störströmung in das Borstenpaket eintritt, wird die Anzahl von Borsten in der Druckdifferenzzone um so weniger und die Leckrate um so höher. Die Dichtung bricht schnell zusammen.
• Die UK-Patentanmeldung GB 22 58 277 A geht dieses Problem dadurch an, daß man Luft schnell über die Borsten strömen läßt, um sie in einer optimalen Position und Ordnung zu halten.
• Nach dieser Veröffentlichung gilt: "Die Wirkung der Schirmplatte 10 besteht darin, die Störung der Borsten wesentlich zu verringern, indem sie vor der turbulenten Störmung 9 geschützt werden." In der Praxis hat sich gezeigt, daß eine Abschirmung zwar gegen die Hauptturbulenz wirksam ist, das Problem aber nicht vollständig beseitigt. Strömung, die durch die zum Speisen des Dichtungsleckstroms dienende Druckdifferenz unter den Rand der Abschirmung hineingezogen wird, die auch eine gewisse umfangsmäßige Geschwindigkeitskomponente beibehält, kann ebenso zerstörend wirken. Eine der in dieser Veröffentlichung beschriebenen Ausführungsformen enthält "periodisch um die Schirmplatte 10 angeordnete Bohrungen 15, die einen Zugang für die Strömung zum radial äußeren Ende des Spalts 14 ermöglichen". Dieser Spalt 14 ist ein Spielraum zwischen der Fläche der Abschirmung und der Borstenpackung, "um sicherzustellen, daß die Borsten nicht eingespannt werden", was als solches schon durch das oben erwähnte UK-Patent Nr. 15 98 926 angedeutet ist. Jedoch wurde bei dem Vorsehen solcher "Bohrungen" in dem Schirm nun erkannt, daß weitere Kriterien erfüllt sein müssen, um eine wirksame Lösung dieses Problems zu schaffen.
• Gemäß der Erfindung ist eine Bürstendichtung vorgesehen, bestehend aus einer Masse von zwischen zwei Seitenplatten gepackten Borsten, die mit den Seitenplatten verbunden sind und freie Enden haben, die mit einem weiteren Teil zusammenwirken, um mit diesem eine Dichtung zu bilden, wobei die Seitenplatten für den Einsatz zwischen Bereichen mit einem Druckdifferential vorgesehen sind, und wobei die Seitenplatte, die im Gebrauch dem höheren Druck zugewandt ist, einen Foraminatbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Foraminatbereich der Seitenplatte mindestens einen Bereich zur inneren Peripherie der Seitenplatte hin umfaßt, und daß der Grad der Porosität innerhalb eines Bereichs von etwa 16% bis zu etwa 40% liegt, wobei die Berechnung der Porosität auf dem Oberflächenbereich dieser Seitenplatte basiert, der in Strömungsberührung mit den Borsten steht.
• Die den Formaminatbereich enthaltende Seitenplatte kann von den gepackten Borsten beabstandet sein.
• Diese und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in den anliegenden Zeichnungen dargestellt ist, in welchen zeigt:
• Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Bürstendichtungsanordnung, welche eine Antriebswelle umgibt, wobei die Dichtungsdeckplatte von einer Vielzahl von Bohrungen durchdrungen ist,
• Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil der Dichtung nach Fig. 1,
• Fig. 3 eine Darstellung ähnlich Fig. 1, wobei die Dichtungsdeckplatte aus porösem Material hergestellt ist,
• Fig. 4 einen Schnitt durch einen Teil der Dichtung nach Fig. 3,
• Fig. 5 eine Computerdarstellung eines typischen gestörten Strömungsmusters auf der stromaufwärtigen Seite einer herkömmlichen Bürstendichtung mit einer massiven Deckplatte,
• Fig. 6 die örtliche Auswirkung einer Bohrung durch die Deckplatte auf die Strömung innerhälb der Dichtung, und
• Fig. 7 die durch eine poröse stromaufwärtige Deckplatte erzeugte Beruhigungswirkung.
• Fig. 1 zeigt eine allgemeine Darstellung einer typischen Anordnung einer Bürstendichtung, die allgemein mit 2 bezeichnet ist, welche eine umlaufende Welle 4 umgibt, um eine Öffnung in der feststehenden Konstruktion 6 abzudichten, durch welche die Dichtung hindurchverläuft. Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Dichtung, der deren Bauteile zeigt. Die Dichtung 2 enthält ein erstes Dichtungselement 8, das aus einer Masse von Borsten besteht, die vorzugsweise aus Metall bestehen und zwischen zwei ringförmigen Seitenplatten 10, 12 angeordnet sind. Die Seitenplatte 12 auf der stromabwärtigen Seite wirkt als Stützplatte zum Abstützen der Borsten 8 in der Axialrichtung der Leckströmung. Die andere Seitenplatte 10 wirkt als Deckplatte und dient zur Abschirmung der Borsten auf der stromaufwärtigen Seite der Dichtung.
• Bei der beschriebenen Dichtungskonfiguration sollen die Borsten gegen eine damit zusammenwirkende, radial innere Fläche auf der Welle 4 abdichten. Die radial inneren Enden der Borsten ragen geringfügig über den Innenumfang der Stützplatte 12 über und verlaufen zu einem zweiten, damit zusammenwirkenden Dichtungselement auf der Welle 4 hin, das eine reibungsarme Oberflächenbeschichtung 16, beispielsweise aus Keramikmaterial, aufweist. Die Borsten 8 ragen über die Stützplatte 12 mit einer umfangsmäßigen Richtungskomponente in gleicher Richtung wie die Drehrichtung der Welle 4 über. Normalerweise unterliegen die Borsten 8 einem Winkel von etwa 450 zu Oberfläche der Welle 4.
• Die Dichtung 2 ist so eingebaut, daß die Abschirmung bzw. Deckplatte 10 sich auf der im Betrieb stromaufwärtigen bzw. Hochdruckseite der Dichtung befindet. Infolgedessen ist zu erwarten, daß das Druckdifferential über der Dichtung, welches die Leckströmung treibt, axiale Kräfte erzeugt, welche die Borsten 8 gegen die stromabwärtig Stützplatte 12 zu drängen suchen. Bei manchen Konstruktionen kann die Deckplatte an ihrer einwärts weisenden, mit den Borsten in Berührung stehenden Stirnfläche 20 freigeschnitten sein, um die Borstenflexibilität zu verbessern. Bei anderen Konstruktionen kann die Deckplatte 10 mit einer verringerten radialen Tiefe ausgebildet sein, wodurch die Borsten über den größeren Teil ihrer Länge freiliegen. Bei beiden Ausführungsformen der Verdichtung neigen die Borsten dazu, sich bei der Reaktion auf einen Druckgradienten in der gleichen Weise zu verhalten, vorausgesetzt, daß die Strömungsbedingungen auf der stromabwärtigen Dichtungsseite ruhig sind.
• Bei gestörten Strömungsbedingungen, wo das Strömungsmittel beträchtliche radiale oder umfang smäßige Strömungsvektoren an der Borstenfläche besitzt, oder wo beide existieren, wurde eine gesteigerte Dichtungsleckrate beobachtet, und in manchen extremen Fällen wurde eine Beschädigung der Borsten festgestellt. Bei solchen gestörten Strömungsbedingungen neigen die Kräfte, die sich aus den radialen und umfangsmäßigen Geschwindigkeitskomponenten ergeben, dazu, die Borsten von der Oberfläche 16 der Welle 4 weg und auch von der Stützplatte 12 weg zu bewegen. Die Wirksamkeit der Dichtung ist dadurch stark verringert und die Leckrate entsprechend gesteigert.
• Fig. 5 zeigt eine computererzeugte sichtbare Darstellung eines Schnitts durch eine Dichtung mit massiver Deckplatte 10 bei gestörten Bedingungen mit radialen und axialen Strömungsvektoren. Jeder Pfeil stellt einen berechneten Strömungsvektor dar, wobei die Vektorgröße durch die Pfeillänge und die Strömungsrichtung durch die Pfeilrichtung dargestellt ist. Die Leckströmung durch die Dichtung wird durch allgemein mit 23 bezeichnete Pfeile dargestellt, die einen sich schnell bewegenden Strömungsmittelstrahl zeigen, der unter der Lippe der Stützplatte 12 austritt und axial strömt. Die sichtbare Darstellung ist nur zweidimensional und zeigt nur axiale und radiale Geschwindigkeiten, während umfangsmäßige Geschwindigkeiten der Klarheit halber weggelassen sind. Jedoch ist anzunehmen, daß aufgrund der Wellendrehung eine beträchtliche Umfangskomponente vorhanden ist.
• Die Figuren 6 und 7 zeigen die Positionen der Deckplatten 10, der Stützplatte 12, der Welle 4 und der feststehenden Tragkonstruktion 6, aber nicht die Borsten. Jedoch ist die Deckplatte 10 eine grundsätzlich nicht freigeschnittene Deckplatte, so daß kein Luftspalt zwischen der Rückseite der Platte und der Borstenpackung vorhanden ist. In Fig. 5 links, d.h. auf der stromaufwärtigen, dem höheren Druck zugewandten Seite der Bürstendichtung 2 ist eine gestörte Strömung unmittelbar angrenzend an die Deckplatte 10 dargestellt. Dieses gestörte Strömungsbild weist eine starke Strömung radial einwärts über die stromaufwärtige Stirnfläche der Seitenplatte 10 und eine sehr starke umfangsmäßige Strömung (nicht dargestellt) in die Zeichenebene auf.
• An der inneren Umfangskante der Deckplatte 10 teilt sich die Strömung mit einem durch den Spalt 22 hindurch verlaufenden Anteil. Diese Strömung leckt schließlich durch die Borstenschicht 8 hindurch, unter der stromabwärtigen Seitenplatte 12 durch und in den Bereich niedrigeren Drucks in der Zeichnung rechts und bildet die Wegströmung der Dichtung. Man sollte beachten, daß die Größe der Vektorpfeile nicht notwendigerweise der Massenströmung entsprechen. Das gegenwärtige Interesse betrifft das Verhalten der Strömung, während sie durch den Spalt 22 in den Bereich hinter der Seitenplatte 10 einschließlich des von den Borsten eingenommenen hindurchpassiert.
• Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß der radial einwärts zeigende Strömungsvektor durch die innere Kante der Deckplatte 10 umgelenkt wird, um hinter der Deckplatte radial auswärts zu zeigen. Andererseits bleibt die Richtung des umfangsmäßigen Strömungsvektors durch den Spalt relativ unverändert. Die resultierende dieser beiden Strömungsvektoren stellt eine im wesentlichen auswärts gerichtete, entlang der Länge der Dichtungsborsten verteilte Kraft dar, die dazu tendiert, die zur Deckplatte 10 näheren Borsten von der Oberfläche 16 der Welle 4 weg anzuheben. Daher besteht die Auswirkung der radial auswärts verlaufenden Strömung über der stromaufwärtigen Stirnseite der Borstenschicht 8 darin, die beeinflußten Borsten von der zweiten Dichtungsfläche weg anzuheben und dadurch ihre Dichtungswirkung zu stören. Während die Strömung durch die Borstenschicht 8 hindurchdiffundiert, dreht sich der radiale Strömungsvektor im Uhrzeigersinn, und die radiale Kraftkomponente auf die Borsten verändert sich nach radial einwärts angrenzend an die innere Stirnfläche der Stützplatte 12. Die Borsten zur stromabwärtigen Seite der Borstenschicht hin sind nicht in so großem Maße wie diejenigen zur stromaufwärtigen Seite abhebenden Kräften ausgesetzt. Die Druckdifferenz steht in einer dünneren Schicht über weniger Borsten und die Dichtungsleckrate erhöht sich.
• Nach dem Vorschlag der Erfindung ist ein Bereich der Seitenplatte 10 mit einem Foraminatbereich mindestens zu ihrer inneren Peripherie hin vorgesehen. Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Dichtung, bei welcher ein Foraminatbereich durch eine Viehlzahl kleiner Öffnungen 24 hergestellt ist, die axial durch die Deckplatte 10 verlaufen. Vorzugsweise sind die Öffnungen um den Umfang der Seitenplatte auf mehreren Teukreisen mit unterschiedlichen Durchmessern mit gegenseitigem Abstand und gestaffelt angeordnet, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die bevorzugte Öffnungsgröße weist einen Bohrungsdurchmesser auf, der etwa die Hälfte der Bohrungslänge beträgt.
• Der Bohrungsabstand ist so gewählt, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Strömungsverteilung hinter der Deckplatte erzeugt wird, und es hat sich als notwendig erwiesen, eine Abschirmung 10 mit beträchtlicher Porosität vorzusehen, um wirksam zu sein. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Dichtung nach Fig. 1 auf einem Radius, der die fünf konzentrischen Bohrungskränze schneidet.
• Es hat sich als notwendig erwiesen, eine Abschirmung 10 mit einem Porositätsgrad um 16% vorzusehen, um einen brauchbaren Vorteil zu erhalten, aber es sind auch viel höhere Porositätsgrade bis zu etwa 40% einsetzbar. Die Ausführungsform nach Fig. 1 besteht aus einer Dichtung mit einer Abschirmung von etwa 0,33 m Innendurchmesser. Die poröse Eigenschaft wurde durch Bohren von 5200 Bohrungen in die Abschirmung mit jeweils 0,0005 m (0,5 mm) Durchmesser in fünf konzentrischen Teilkreisen mit einem Bohrungsabstand von 2 bis 3 Durchmessern hergestellt. Bezogen auf die radiale Tiefe der Abschirmung und daher die Dichtungsborsten stellt dies eine Porosität von 16% dar.
• Die Porositätsberechnung basiert auf der Oberfläche des Abschirmungsrings, der in Strömungkontakt mit der Borstenpackung oder dem umittelbar davor befindlichen Raum steht. Die Bohrungsmessungen gehen von einer geraden Bohrung mit "eckigen" Rändern mindestens an der Eintrittsseite aus, das ist die Seite der Abschirmung, die der Kammer auf der Hochdruckseite der Bürstendichtung zugewandt ist. Diese Kammer enthält natürlich auöh die turbulente Strömungsmittelströmung, so daß die auf die Stirnfläche der perforierten ringförmigen Abschirmung 10 auftreffende Strömung eine beträchtliche umfangsmäßige bzw. Wirbelgeschwindigkeit hat. Unter den Umständen wird der Wirkungsgrad bzw. der CD-Faktor scharfkantiger gerader Bohrungen beträchtlich verringert. Beispielsweise beträgt bei typischen Strömungsgeschwindigkeiten der wirksame Querschnitt einer Bohrung bei Eintreten der glatter senkrechter Strömung etwa das 0,7-fache des Bohrungsquerschnitts, aber es hat sich gezeigt, daß bei den turbulenten Strömungsbedingungen einer arbeitenden Dichtung dieser wirksame Querschnitt weiter bis zu nur einem Viertel des tatsächlichen Querschnitts verringert sein kann. Deshalb kann eine verhältnismäßig kleine Anzahl von Bohrungen, die nur einen niedrigen Porositätswert ergibt, einen vernachlässigbaren Effekt unter den im normalen Betrieb erzeugten hochturbulenten Bedingungen haben.
• Dies scheint darauf hinzudeuten, daß eine sehr hohe Porosität wünschenswert wäre, aber das ist nicht notwendigerweise der Fall. Erstens muß die Abschirmung wirksam sein, um Strömungsturbulenzen aus der Borstenkammer femzuhalten, zweitens muß die Abschirmung ein ausreichendes Druckdifferential zwischen ihrer Vorder- und Hinterseite aufrechterhalten, um die Strömung durch die Abschirmung hindurchzutreiben, und drittens muß die Abschirmung ausreichende Integrität behalten, um ein Verwerfen und eine Verformung während der Herstellung, des Einbaus und im Betrieb zu vermeiden. Der maximal erreichbare Wert liegt im Bereich von etwa 40%, aber es wird bevorzugt, einen ausgewogenen Zustand bei dem niedrigeren Wert von etwa 16% zu treffen, um das zweite und das dritte der obigen Ziele zu erreichen. Um das erste Ziel zu erreichen, hat sich gezeigt, daß eine Vielzahl kleiner Bohrungen zu bevorzugen ist. Größere Bohrungen, Schlitze und Ausnehmungen sind zwar leichter herzustellen, haben aber den Nachteil, daß sie turbulente Strömung in die Borstenkammer hineinlassen können. Dies wird unterstellt, weil größere Öffnungsgrößen Strömungen mit beträchtlichen umfangsmäßigen Geschwindigkeitskomponenten durch die Abschirmung hindurchpassieren lassen. Eine aus geschäumtem Metall (siehe unten) hergestellte poröse Abschirmung scheint diesen Kriterien gerecht zu werden, ist aber schwierig mit einer spezifizierten Porosität herzustellen und einzubauen.
• Es hat sich auch gezeigt, daß die Porosität nicht der einzige Faktor ist, der berücksichtigt werden muß, und daß der Abstand zwischen der Abschirmung und der Stimseite der Borstenpackung ebenfalls wichtig ist. Dieser axiale Abstand beeinflußt, wie sich gezeigt hat, die radiale Geschwindigkeit der Luft über der Borstenpackungsstirnfläche bei einem gegebenen Porositätsgrad stark. Grundsätzlich nimmt die Radialgeschwindigkeit bei einem gegebenen Porositätsgrad mit dem Spalt zu, und bei einem festen Abstand fällt die Radialgeschwindigkeit mit zunehmender Porosität ab, obwohl letztlich turbulente Bedingungen innerhalb der abgeschirmten Borstenkammer erzeugt würden. Es muß natürlich ein ausgewogener Zustand erreicht werden, und für die oben erwähnte beispielsweise Dichtungsgröße wurde ein Spalt von 0,0006 m (0,6 mm) bei 16% Porosität gewählt.
• Fig. 6 zeigt ein Computerbild der Strömung durch eine einzelne Bohrung und ihrer Auswirkung auf die örtliche Strömung hinter der Deckplatte 10. Die Strömungsrichtungspfeile zeigen, daß im Bereich der Bohrung die Axialströmung aus der Bohrung mit der Strömung über die Innenseite der Deckplatte in Wechselwirkung tritt, um die radiale Strömungskomponente beträchtlich zu verringern. Außerdem ist auch ein proportionaler Effekt (nicht dargestellt) auf die Umfangskomponente der Strömung vorhanden. Die erzeugte Gesamtwirkung besteht darin, daß der Auftrieb aüf die Borsten verringert wird, so daß ihre freien Enden in Berührung mit der Oberfläche der Welle 4 bleiben und dadurch die Dichtungsleckage.
• Eine alternative Ausführungsform ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt, wobei die Deckplatte 10 entweder insgesamt aus porösem Material oder mit einem porösen inneren Ringbereich ausgebildet ist. Das poröse Material kann ein geschäumtes Metall mit einer offenzelligen oder Honigwaben-Struktur sein, beispielsweise Retimet (eingetragene Marke). Es hat sich gezeigt, das Material mit einer Porosität von etwa 16% brauchbare Ergebnisse bringt, aber ein brauchbarer Porositätsbereich von bis zu etwa 40% wird in Betracht gezogen.
• Nach den Figuren 3 und 4 ist ein Ring 30 aus porösem Material beispielsweise durch Schweißen mit einer modifizierten Deckplatte 10 verringerter radialer Tiefe verbunden. Alternativ dazu kann die gesamte Deckplatte 10 aus porösem Material aufgebaut sein. Das durch Verwendung der porösen Deckplatte erreichte Ergebnis ist in Fig. 7 dargestellt. Die Druckdifferenz zwischen Vorder- und Rückseite der Deckplatte erzeugt eine gleichmäßig verteilte, im wesentlichen axiale Strömung durch die Deckplatte 10. Wie beim vorhergehenden Beispiel ist in der Zeichnung der umfangsmäßige Strömungsvektor nicht dargestellt. Die verteilte Axialströmung modifiziert die Strömung über der Rückseite der Deckplatte derart, daß eine Strömung innerhalb der Borstenschicht 8 erzeugt wird, die eine Richtung radial einwärts hat. Folglich tendiert die Gesamtströmung unter Einbeziehung der umfangsmäßigen Strömung dazu, parallel zu und zu den freien Enden der Borsten hin zu verlaufen. Die resultierende Kraft auf die Borsten erfolgt entweder in einer Richtung, welche die Borsten nicht von der Oberfläche der Welle 4 abzuheben sucht, oder ist unzureichend, um die Eigensteifigkeit der Borsten zu überwinden. Infolgedessen steht die Druckdifferenz über der Bürstendichtung über der gesamten Borstenschicht und die Leckrate bleibt innerhalb oder nahe innerhalb des Konstruktionswerts.
• Obwohl die Erfindung unter Bezugriahme auf ringförmige Bürstendichtungen beschrieben worden ist, bei welchen die Borsten einwärts vorspringen, versteht es sich, daß die Erfindung auch bei anderen Bauformen von Bürstendichtungen eingesetzt werden kann.

Claims (12)

1. Bürstendichtung (2), bestehend aus einer Masse von zwischen zwei Seitenplatten (10, 12) gepackten Borsten (8), die mit den Seitenplatten (10, 12) verbunden sind und freie Enden haben, die mit einem weiteren Teil (4) zusammenwirken, um mit diesem eine Dichtung zu bilden, wobei die Seitenplatten (10, 12) für den Einsatz zwischen Bereichen mit einem Druckdifferential vorgesehen sind, und wobei die Seitenplatte (10), die in Gebrauch dem Bereich höheren Drucks zugewandt ist, einen Foraminatbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Foraminatbereich der Seitenplatte (10) mindestens einen Bereich zur inneren Peripherie der Seitenplatte hin umfaßt, und daß der Grad der Porosität innerhalb eines Bereichs von etwa 16% bis zu etwa 40% liegt, wobei die Berechnung der Porosität auf dem Oberflächenbereich dieser Seitenplatte (10) basiert, der in Strömungsberührung mit den Borsten (8) steht.

2. Bürstendichtung nach Anspruch 1, wobei der Foraminatbereich auf der einen Seitenplatte (10) mindestens einen Bereich zu den freien Enden der Borsten (8) hin umfaßt.

3. Bürstendichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Seitenplatten (10, 12) um die Dicke der Borstenschicht (8) von einander beabstandet sind.

4. Bürstendichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mindestens der Foraminatbereich auf der einen Seitenplatte (10) von der benachbarten Seite der gepackten Borsten (8) beabstandet ist.

5. Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Foraminatbereich der einen Seitenplatte (10) ein Porositätsmaß im Bereich von bis zu etwa 40% aufweist.

6. Bürstendichtung nach Anspruch 5, wobei der Foraminatbereich ein Porositätsmaß von etwa 16% aufweist.

7. Bürstendichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Seitenplatte aus einem massiven Bauteil (10) besteht, das von einer Vielzahl von Bohrungen (24) durchdrungen ist.

8. Bürstendichtung nach Anspruch 71 wobei in einer ringförmigen Bürstendichtung die eine Seitenplatte (10) ein ringförmiges Bauteil ist und die Vielzahl der Bohrungen (24) darin in einer konzentrischen Anordnung gebildet ist.

9. Bürstendichtung nach Anspruch 8, wobei die Anordnung von Bohrungen (24) auf einer Mehrzahl konzentrischer Teilkreise verteilt ist.

10. Bürstendichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mindestens der Foraminatbereich der einen Seitenplatte aus porösem Material (30) gebildet ist.

11. Bürstendichtung nach Anspruch 10, wobei das poröse Material (30) aus einem wabenförmigen Material besteht.

12. Bürstendichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei die gesamte eine Seitenplatte aus dem porösen Material (30) gebildet ist.