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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
technische Definition all dieser Arten von Bürstendichtungen ist allgemein
bekannt. Die Fertigung dieser Dichtungen ist jedoch nicht immer
einfach und qualitativ hochwertig.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
wird der Halterungskörper
von zwei Ringen gebildet, einem Innenring und einem Außenring,
die beide U-förmig
sind und ineinander sitzen.
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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.
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Bei
einer radialen Anwendung wird beim Einbau der beiden Ringe vorzugsweise
ein Unverwechselbarkeitsmittel verwendet, um diese zwei Ringe in der
richtigen Richtung einzusetzen.
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Die
Erfindung und ihre verschiedenen technischen Merkmale gehen näher aus
der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren hervor, wobei
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1 im Schnitt eine erste Art
von Bürstendichtung
nach dem Stand der Technik zeigt, wie bereits beschrieben,
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2 im Schnitt eine zweite
Art von Bürstendichtung
nach dem Stand der Technik zeigt, wie bereits beschrieben,
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3 im Schnitt eine erste,
radiale Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Bürstendichtung zeigt,
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4 im Schnitt ein Beispiel
eines zu vermeidenden falschen Einbaus bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Bürstendichtung
zeigt,
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5 eine zweite, radiale Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Bürstendichtung
zeigt, und
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6 eine dritte, axiale Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Bürstendichtung
zeigt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Selbstverständlich sind
ihre Fertigung und Montage einfacher geworden, insbesondere was
die Montage des Innenrings und Außentrings betrifft, vor allem
bei der axialen Dichtung.