DE69915781T2 - Doppelkontakt- Bürstendichtung - Google Patents

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Monique Andree Thore
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Safran Aircraft Engines SAS
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces
    • F16J15/32Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings
    • F16J15/3284Sealings between relatively-moving surfaces with elastic sealings, e.g. O-rings characterised by their structure; Selection of materials
    • F16J15/3288Filamentary structures, e.g. brush seals

Description

  • Diese Erfindung betrifft die Dichtigkeit zwischen zwei abgeschlossenen Räumen, in denen unterschiedliche Drücke herrschen und die um eine Achse oder um eine drehende Welle herum angeordnet sind. Sie betrifft insbesondere Turbotriebwerke in der Luftfahrt, bei denen sehr häufig eine Art von Dichtung verwendet wird, die Bürstendichtung genannt wird.
  • Bürstendichtungen bestehen in der Form von Bündeln von Drähten (Borsten), Fasern oder Strängen, die metallen, organisch oder synthetisch sein können. Die Wahl des Materials wird durch die Umgebungs- und Betriebsbedingungen der Bürstendichtung diktiert, d. h. durch die Art der abzudichtenden Fluide, durch die beiderseits der Dichtung herrschenden Temperaturen und Drücke.
  • Bezugnehmend auf 1 können mit einer dieser Dichtungsarten zwei abgeschlossene Räume A und B, die um eine drehende Welle 1 herum angeordnet sind, voneinander isoliert werden. Das Drähtebündel 2 ist vorzugsweise radial zu dieser drehenden Welle 1 angeordnet, und sein Ende 2E berührt die Außenfläche der drehenden Welle 1. Das Drähtebündel 2 sitzt in einer feststehenden Halterung 3, die die Halterung der Dichtung bildet. In Anbetracht der Strömungsrichtung des Luftstroms, der durch die Dichtung zirkuliert und durch den Pfeil F symbolisch dargestellt ist, wird vorzugsweise ein vorderer Ring 5 verwendet, der vor dem Drähtebündel 2 angeordnet ist und mittels eines Befestigungsrings 7 positioniert wird, der seinerseits in der Dichtungshalterung 3 befestigt ist. Ferner wird ein hinterer Ring 6 verwendet, der hinter dem Drähtebündel 2 angeordnet ist und in Anlage an einer Rippe 4 der Dichtungshalterung 3 angeordnet ist. Es ist zu bemerken, dass der hintere Ring 6 einen engeren Innendurchmesser hat als der vordere Ring 5. Mit anderen Worten: der hintere Ring stützt das Drähtebündel 2 über eine größere Länge als der vordere Ring 5. Das Ende 2E des Drähtebündels 2 verfügt also über eine gewisse Freiheit, vor allem an der vorderen Seite, d. h. am vorderen Ring 5. Auf diese Weise werden zwei Bereiche gebildet, die durch die Dichtung gut voneinander getrennt sind und in denen unterschiedliche Drücke herrschen können.
  • Es wird nun Bezug auf 2 genommen. Aus der französischen Patentanmeldung 2 607 893 ist eine Bürstendichtung mit mehreren Bündeln und insbesondere in dem dargestellten Fall mit drei Bündeln bekannt. Die drei Drähtebündel 12 sind senkrecht zur drehenden Welle 1 befestigt, auf die bezogen sie mehrere Bereiche isolieren müssen, insbesondere den vorderen Bereich A und den hinteren Bereich B, die beiderseits dieser Gesamtanordnung von drei Drähtebündeln 12 angeordnet sind. Diese Drähtebündel 12 werden von einem vorderen Ring 15 und einem hinteren Ring 16 festgehalten und gegenüber einer Dichtungshalterung 13 mittels deren Rippe 14 positioniert.
  • Die technische Definition all dieser Arten von Bürstendichtungen ist allgemein bekannt. Die Fertigung dieser Dichtungen ist jedoch nicht immer einfach und qualitativ hochwertig.
  • Bürstendichtungen können auch axial angeordnet werden, beispielsweise im Rahmen von halbstatischen Anwendungen, oder zur Ausrüstung einer gesteuerten axialen Dichtung. In diesem Fall ist es unmöglich, klassische Techniken, die bei der Konzeption von radialen Dichtungen aus Metall verwendet werden, einzusetzen.
  • Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, eine Konzeption von axialen Bürstendichtungen mit doppelter Dichtigkeitssperre vorzuschlagen, wobei diese Konzeption auch bei radial verlaufenden Dichtungen anwendbar ist, wenn auch der Einbau der Dichtung sich als komplizierter erweist.
  • Zu diesem Zweck ist der Hauptgegenstand dieser Erfindung eine Doppelkontakt-Bürstendichtung, die axial oder radial verläuft, um die Dichtigkeit zwischen zwei abgeschlossenen Räumen zu gewährleisten, in denen unterschiedliche Drücke herrschen und die um eine drehende oder feststehende Welle herum angeordnet sind, wobei diese Bürstendichtung umfasst:
    • – zwei biegsame und parallel zueinander verlaufende Dichtungsbündel, deren jeweiliges Ende sich in Kontakt mit der Oberfläche der drehenden oder feststehenden Welle befindet; und
    • – einen Halterungskörper, in dem die beiden biegsamen Dichtungsbündel befestigt sind.
  • Gemäß einem Hauptmerkmal der Erfindung bestehen die beiden biegsamen Dichtungsbündel aus einem einzelnen biegsamen, U-förmigen Band, dessen mittlerer Teil in dem Halterungskörper befestigt ist.
  • In der bevorzugten Ausführungsform wird der Halterungskörper von zwei Ringen gebildet, einem Innenring und einem Außenring, die beide U-förmig sind und ineinander sitzen.
  • Vorzugsweise haben die Schenkel der beiden Ringe nicht die gleiche Länge, so dass das Ende jedes Dichtungsbündels sich nur mit einem einzigen Ring in Kontakt befindet.
  • Bei einer radialen Anwendung wird beim Einbau der beiden Ringe vorzugsweise ein Unverwechselbarkeitsmittel verwendet, um diese zwei Ringe in der richtigen Richtung einzusetzen.
  • Die Erfindung und ihre verschiedenen technischen Merkmale gehen näher aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren hervor, wobei
  • 1 im Schnitt eine erste Art von Bürstendichtung nach dem Stand der Technik zeigt, wie bereits beschrieben,
  • 2 im Schnitt eine zweite Art von Bürstendichtung nach dem Stand der Technik zeigt, wie bereits beschrieben,
  • 3 im Schnitt eine erste, radiale Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bürstendichtung zeigt,
  • 4 im Schnitt ein Beispiel eines zu vermeidenden falschen Einbaus bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Bürstendichtung zeigt,
  • 5 eine zweite, radiale Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bürstendichtung zeigt, und
  • 6 eine dritte, axiale Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bürstendichtung zeigt.
  • Bezugnehmend auf 3 wird die erfindungsgemäße Bürstendichtung in einer ersten Ausführungsform betrachtet, die um eine Drehwelle 1 herum angebracht ist. Sie besteht aus zwei Hauptteilen, und zwar einem Innenring 20 und einem Außenring 25. Abgesehen davon, dass diese beiden Ringe, der Innenring 20 und der Außenring 25, kreisförmig sind, d. h. dass sie die Drehwelle 1 umgeben, haben sie jeweils einen U-förmigen Querschnitt. Der Innenring 20 ist innerhalb des Außenrings 25 angeordnet. Die beiden Schenkel 21 und 22 des Innenrings 20 haben unterschiedliche Längen, desgleichen die beiden Schenkel 26 und 27 des Außenrings 25.
  • Wenn man ferner den Pfeil F in einem Luftfahrt-Turbotriebwerk betrachtet, ist der vordere Schenkel 26 des Außenrings 25 länger als dessen hinterer Schenkel 27. Umgekehrt ist der vordere Schenkel 21 des Innenrings 20 kleiner als dessen hinterer Schenkel 22. Daher ist jedes der beiden Enden 31 und 32 des biegsamen Bandes 30, die die beiden Dichtungsbündel der Dichtung bilden, nur mit einer einzigen Wand eines Rings, dem Innenring 20 oder dem Außenring 25, in Kontakt. So befindet sich das vordere Ende 31 des biegsamen Bandes 30 mit dem vorderen Schenkel 26 des Außenrings 25 in Kontakt, und das hintere Ende 32 des biegsamen Bandes 30 befindet sich mit der Außenfläche des hinteren Schenkels 22 des Innenrings 20 in Kontakt. Beide Enden 31 und 32 des biegsamen Bandes 30 verfügen also bei dieser Ausführungsform über eine relativ große Bewegungsfreiheit, insbesondere an der hinteren Seite. Es ist zu bemerken, dass die längeren Schenkel, d. h. der vordere Schenkel 26 des Außenrings 25 und der hintere Schenkel 22 des Innenrings 20 relativ nahe an die Außenfläche der Drehwelle 1 heranreichen, um die Bewegungsfreiheit der beiden Enden 31 und 32 des biegsamen Bandes 30 an der vorderen Seite zu begrenzen. Mit anderen Worten: die langen Teile oder langen Schenkel 22 und 26 des Innenrings 20 und des Außenrings 25 sind entgegengesetzt angeordnet, um die Haare oder Fasern, die die Bürste des biegsamen Bandes bilden, so nahe wie möglich an den Kontaktbereich mit der Außenfläche der Drehwelle zu führen.
  • Der Außenring 25 ist mit einem Schenkel 28 versehen, der seinerseits ein Befestigungsloch 29 aufweist, das zu bestimmt ist, die Dichtung in dem Turbotriebwerk zu befestigen, welches mit dieser Bürstendichtung ausgerüstet werden soll. Desgleichen sind Befestigungsmittel zwischen den beiden Ringen, dem Innenring 20 und dem Außenring 25, vorgesehen, insbesondere durch Befestigungslöcher 23 und 24. Es kann auch vorgesehen werden, diesen Innenring 20 und diesen Außenring 25 durch Schweißen, Nieten oder Ineinanderstecken zu befestigen.
  • Der Innenring 20 und der Außenring 25 müssen mit einem Unverwechselbarkeitsmittel versehen werden, an denen sich der Facharbeiter orientieren kann, wenn er diese Ringe einbaut. Eine zufällige Ausrichtung bei diesem Einbau könnte nämlich dazu führen, dass die gleich langen Schenkel des Innenrings 20 und des Außenrings 25 auf der gleichen Seite der Dichtung zu liegen kommen, wie in 4 dargestellt, in der der Innenring 20 anders herum montiert ist als bei dem Einbau in 3. Natürlich wäre die Bürstendichtung in diesem Fall von Anfang ihres Einsatzes an viel weniger effektiv. Ein solches Unverwechselbarkeitsmittel könnte aus einem Zentrierstift, der an einem der beiden Ringe befestigt ist, und einer entsprechenden Aussparung an dem anderen Ring bestehen, wobei diese beiden Elemente nicht in der mittleren Ebene des Innenrings 20 und des Außenrings 25 angeordnet werden. Es kann auch vorgesehen werden, den zentralen Teil des Innenrings 20 und des Außenrings 25 konisch auszubilden, um nur eine einzige mögliche Montageausrichtung zuzulassen.
  • Bezugnehmend auf 5 ist bei einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bürstendichtung, die radial verläuft, eine etwas andere Montage vorgesehen. Es wird in diesem Fall eine mit der Drehwelle 1 konzentrische Halterung 40 verwendet. Diese weist eine vordere Positionierrippe 41 auf, an der der Außenring 25 in Anlage angeordnet wird. Dieser wird an der hinteren Seite durch einen Federring 42 befestigt, so dass er an seinen axialen Platz zur Drehwelle 1 gelangt. Abgesehen von diesem Einbau-Merkmal können die Merkmale und der Aufbau der Dichtung, d. h. das biegsame Band 30, der Innenring 20 und der Außenring 25, identisch mit den anhand von 3 beschriebenen sein.
  • 6 zeigt eine erfindungsgemäße axiale Dichtung. Sie liegt hier an der radialen Oberfläche 11 eines drehenden Teils wie z. B. einer Platte oder der Endfläche einer sehr breiten Welle an. Sie umfasst ebenfalls ein biegsames Band 53, das U-förmig ist und von einem Innenring 50 und einem Außenring 55 gehalten wird. Diese beiden Ringe 50 und 55 haben Schenkel 56, 57, 61 und 62, die aus den gleichen Gründen, wie sie bei der axialen Dichtung genannt wurden, paarweise unterschiedlichen Längen aufweisen. An einem Schenkel 58 ist ein Befestigungsloch 59 vorgesehen, um die Dichtung zu befestigen.
  • Die wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Bürstendichtung liegen darin, dass diese radial ausgerichtet sein kann, wie anhand der 4 und 5 beschrieben, aber auch axial ausgerichtet sein kann, wie anhand von 6 beschrieben.
  • Selbstverständlich sind ihre Fertigung und Montage einfacher geworden, insbesondere was die Montage des Innenrings und Außentrings betrifft, vor allem bei der axialen Dichtung.

Claims (4)

  1. Doppelkontakt-Bürstendichtung, die axial oder radial verläuft, um die Dichtigkeit zwischen zwei abgeschlossenen Räumen (A, B) zu gewährleisten, in denen unterschiedliche Drücke herrschen und die um eine drehende oder feststehende Welle (1) herum angeordnet sind, wobei diese Bürstendichtung umfasst: – zwei biegsame und parallel zueinander verlaufende Dichtungsbündel, die mit ihren jeweiligen Enden (31, 32, 51, 52) in Kontakt mit der Außenfläche der Welle (1) sind; und – einen Halterungskörper, in dem die beiden biegsamen Dichtungsbündel befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden biegsamen Dichtungsbündel aus einem einzelnen biegsamen, U-förmigen Band (30, 53) bestehen, dessen mittlerer Teil in dem Halterungskörper befestigt ist.
  2. Doppelkontakt-Bürstendichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halterungskörper von zwei Ringen gebildet wird, einem Innenring (20, 50) und einem Außenring (25, 55), die beide U-förmig sind und ineinander sitzen.
  3. Doppelkontakt-Bürstendichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (21, 22, 56, 57) der beiden Ringe (20, 25, 50, 55) nicht die gleiche Länge haben, so dass das Ende (31, 32, 51, 52) jedes Dichtungsbündels sich nur mit einem einzigen Ring in Kontakt befindet.
  4. Doppelkontakt-Bürstendichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei diese Dichtung radial verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Unverwechselbarkeitsmittel aufweist, damit beim Einbau der beiden Ringe (20, 25) diese zwei Ringe in der richtigen Richtung eingesetzt werden.
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