DE2522263C2 - Kolbenringartige Segmentdichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine kolbenringartige Segmentdichtung, bestehend aus einer Mehrzahl aneinandergereihter, in Nuten einliegender Segmente, wobei jedes Segment zwei gleiche, axial benachbarte Ringelemente aufweist, welche in Umfangsrichtung jeweils um eine halbe Teilung zueinander versetzt sind, wobei die Stoßstellen zweier in Umfangsrichtung aneinandergereihten Ringelemente mit einer Aussparung bzw. einer darin eingreifenden Nase versehen sind, die Segmente über am Nutgrund aufliegende Federmittel radial gegen eine abzudichtende Zylinderwand gedrückt werden und Mittel vorgesehen sind, um sowohl die Ringelemente aneinander als auch die Segmente untereinander zu verbinden.

Derartige Dichtungen sind dort geeignet, wo eine gleichmäßige Anpreßkraft der Dichtung über den ganzen Umfang erwünscht ist. Dies gilt insbesondere dort, wo bei großen Temperaturunterschieden zwischen der Zylinderlauffläche und dem Kolben (beispielsweise Außengehäuse und Innengehäuse von Gasturbinen) entsprechend große Wärmedehnungen in radialer Richtung entstehen, die zu der Axialbewegung des Kolbens hinzukommen. Sowohl die hohe Temperatur als auch ein gewisser Abrieb an den Zylinderlaufflächen und den Dichtringen haben zur Folge, daß der Zylinder nicht absolut rund bleibt, sondern sich im Laufe der Zeit zu einem polygonen Gebilde verformt.

Eine Segmentdichtung der eingangs genannten Art ist bekannt aus der US-PS 18 35 139. Hier bestehen die radial wirkenden Federmittel aus Blattfedern, die derart über den Nutenumfang angeordnet sind, daß eine Blattfeder jeweils an vier Ringelementen gleichzeitig b5 angreift. Dadurch soll eine gleichmäßige Expansion der Ringstruktur gewährleistet werden. Da die beidseitigen Federenden an definierten Stellen der Ringelemente angreifen müssen, um wirksam zu sein, ist eine Verschiebung der Ringelemente in Umfangsrichtung zu verhindern. Hierzu ist ein Stift vorgesehen, welcher jeweils zwei axial benachbarte Ringelemente miteinander verbindet und in einen radial in eine Nutenwand angebrachten Schlitz eingreift Obwohl die Ringelemente in Umfangsrichtung jeweils um eine halbe Teilung zueinander versetzt sind und somit ein Element eines Segmentes axial gegen jeweils zwei Elemente des anderen Segmentes anliegt, darf — um die Ringdichtung in die Nut einlegen zu können — ein Element eines Segmentes nur mit einem Element des anderen Segmentes über einen Stift verbunden sein. Dadurch bildet die Dichtung keinen in sich zusammenhängenden Ring und ist ungeeignet für Zylinder wie Gasturbinengehäuse, welche Trennebenen aufweisen und bei denen beispielsweise die Dichtung eingelegt werden muß, bevor das Zylinderoberteil auf das Zylinderunterteil aufgesetzt wird.

Der im Kennzeichen des Patentanspruchs definierten Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Segmentdichtung so zu verbessern, daß die Federmittel jeweils sowohl die Segmente radial nach außen drücken als auch die Verbindung zu dem benachbarten Element herstellen.

Durch die Anordnung von zwei Ausnehmungen zur Aufnahme von Anpreßfedern wird, insbesondere bei Dichtungssegmenten, welche für große Umfangsaichtunger· verwendet werden sollen und daher auch die einzelnen Dichtungssegmente relativ lang ausgebildet sind, ein Kippen der einzelnen Dichtungssegmente vermieden, gleichzeitig wird durch das Spiel zwischen der Anpreßfeder und der Ausnehmung eine vorbestimmte Umfangsbewegung der Dichtungselemente gegeneinander ermöglicht.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Segmentdichtung ist es vorteilhaft, jeweils für zwei Dichtelemente mit zueinander entgegengesetzt wirkenden Dichtflächen mindestens eine gemeinsame, sich an den beiden Dichtelementen abstützende Anpreßfeder vorzusehen und die Anpreßfeder als gleichzeitig in Radial- und Axialrichtung wirkende Kegelspiral-Druckfeder auszubilden. Damit wirkt die Anpreßfeder gleichzeitig als Verbindungsglied der einzelnen Dichtungssegmente und als Anpreßmittel (Medium) der Dichtflächen an die abzudichtende Zylinderwand.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Kolbens mit eingelegter Segmentdichtung,

Fig.2 eine Ansicht eines Segmentes der Segmentdichtung,

F i g. 3 einen Querschnitt durch die Segmentdichtung entlang der Schnittlinie A-A in F i g. 1,

F i g. 4 eine Draufsicht auf eine axial wirkende Segmentringdichtung.

Gemäß F i g. 1 ist mit 1 ein Kolben bezeichnet, in dessen Nuten 2 Dichtungssegmente 3 kreisförmig aneinandergereiht sind. Jedes Dichtungssegment 3 weist an einer Stirnfläche eine Nase 4 und an der anderen Stirnfläche eine entsprechende Aussparung 5 auf. Weiterhin ist jedes Dichtungssegment 3 mit mindestens einer Ausnehmung 6 zur Aufnahme einer Anpreßfeder 7 versehen.

Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, besteht jedes Dichtungssegment 3 aus zwei Dichtelementen 8 und 8', wobei jedes der Dichtelemente 8 bzw. 8' ebenfalls eine Ausnehmung 6 aufweist, in welche die Anpreßfeder 7

eingefügt wird. Dabei liegen die beiden Dichtelemente 8 und 8' mit ihren Trennflächen so aufeinander, daß die Nasen 4 und Aussparungen 5 der jeweiligen Dichtelemente gegeneinander versetzt sind, so daß keine Leckagemöglichkeit an den Stirnflächen entstehen kann.

In der F i g. 3 ist wiederum mit 1 ein Teil des Kolbens dargestellt, in dessen Nut 2 die beiden Dichtelemente 8 und 8', welche zusammen ein Dichtungssegment bilden, eingesetzt sind. In den Ausnehmungen 6 der Dichtelemente 8 und S' ist die Anpreßfeder 7 so eingesetzt, daß sie die Dichtelemente 8 und 8' gegen eine Zylinderwand 9 anpreßt.

In der Fig.4 ist eine Axialanordnung der aus den Dichtelementen 8 und 8' gebildeten Dichtungssegmente 3 dargestellt, bei welcher die Trennebene zwischen den Dichtelementen 8 und 8' in Umfangsrichtung der Dichtungssegmente verläuft. Die einzelnen Dichtelemente 8 und 8' weisen ebenfalls Nasen 4 und Aussparungen 5 auf, welche ineinandergeschoben sind und somit eine Leckage sowohl in axialer als auch in radialer Richtung verhindern. Die Anordnung der Anpreßfedern 7 in den Ausnehmungen 6 erfolgt derart, daß die Anpreßfedern 7 den Anpreßdruck sowohl in radialer als auch in axialer Richtung ausüben können.

Die Wirkungsweise der Segmentdichtung ist folgende:

Die einzelnen Dichtelemente 8 und 8' werden mit ihren Trennflächen so zusammengelegt, daß deren Ausnehmungen 6 jeweils einen Hohlraum zur Aufnahme der Anpreßfeder 7 bilden. In dieser Stellung sind die stirnseitigen Nasen 4 und Aussparungen 5 der Dichtelemente 8 und 8' gegeneinander versetzt, so daß jeweils die Nase 4 des einen Dichtungssegmentes 3 in die Aussparung 5 des nächsten Dichtungssegmentes 3 einpaßt, wodurch vermieden wird, daß Leckagen zwischen den einzelnen Dichtungssegmenten 3 auftreten. Nunmehr werden die einzelnen Dichtungssegmente 3 in die Nuten 2 des Kolbens 1 so eingelegt, daß die Anpreßfedern 7 an der Kolbenwand anliegen. Durch Zusammendrücken der Anpreßfeder 7 kann der Kolben in den Zylinder eingeführt werden und die Anpreßfedern 7 drücken die Dichtungssegmente gegen die Zylinderwand 9. In diesem Zustand bilden die einzelnen Dichtungssegmente 3 einen geschlossenen Ring, wobei jede Nase 4 eines einzelnen Dicluungssegmentes 3 in der Aussparung 5 des nächsten Dichtungssegmentes eingekeilt ist.

Dabei liegen die Anpreßfedern 7 einerseits voll im Grund der Nute 2 und andererseifs in der Ausnehmung 6 der einzelnen Dichtelemente 8 und 8' an, so daß ein maximaler Ringdurchmesser entsteht, ohne daß sich die einzelnen Dichtungssegmente 3 voneinander lösen können. Wenn sich der Zylinderdurchmeiser vergrößert ίο ozw. unrund wird, verschieben sich die Nasen 4 gegenüber den Aussparungen 5 der Dichtelemente 8 und 8' voneinander, ohne jedoch einen durchgehenden Spalt zu bilden, so daß auch dann die volle Dichtwirkung erhalten bleibt. Zur Demontage oder zum Auswechseln ti eines einzelnen Dichtungssegmentes 3 wird dieses Segment nach oben gekippt und kann leicht aus der Nute 2 des Kolbens herausgehoben werden, ohne daß die anderen Dichtungssegmente entfernt werden müssen.

Die Staffelung der Dichtungssegmente 3 gestattet eine radiale Montage des Zylinderoberteiles, ohne daß SpezialVorrichtungen erforderlich sind. Die Dichtwirkung gegenüber der Zylinderwand 9 und dem Kolben i wird durch die Spannkraft der Anpreßfedern 7 in der Nut 2 durch den einseitig wirkenden Überdruck erreicht. In fertig montiertem Zustand folgen die einzelnen Dichtungssegmente 3 genau der jeweiligen Form der Zylinderwand 9, und dies um so besser, je kürzer die einzelnen Dichtungssegmente 3 ausgebildet sind.

Durch eine weitere Ausbildung der Dichtungssegmente 3 in der Weise, daß die Trennfläche der einzelnen Dächtelemente 8 und 8' in Umfangsrichtung der Dichtung vorgesehen wird, ist die Möglichkeit gegeben, J5 neben einer radial wirkenden Dichtmöglichkeit gleichzeitig die Ringdichtung als Axialdichtung einzusetzen. Dabei können die Anpreßfedern 7 als Kegelspiral-Druckfedern ausgebildet werden, welche sowohl in Radial-, als auch in Axialrichtung wirken.
■to Die vorbeschriebene Segmentdichtung ist auf das in der Zeichnung dargestellte nicht beschränkt. So könnte beispielsweise jedes Dichtungselement 8,8' so ausgebildet sein, daß es sich der abzudichtenden Fläche gegenüber elastisch verformt und selbsttätig anpaßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kolbenringartige Segmentdichtung, bestehend aus einer Mehrzahl aneinandergereihter, in Nuten einliegender Segmente, wobei jedes Segment zwei gleiche, axial benachbarte Ringelemente aufweist, welche in Umfangsrichtung jeweils um eine halbe Teilung zueinander versetzt sind, wobei die Stoßstellen zweier in Umfangsrichtung aneinandergereihter Ringelemente mit einer Aussparung bzw. einer darin eingreifenden Nase versehen sind, die Segmente über am Nutgrund aufliegende Federmittel radial gegen eine abzudichtende Zylinderwand gedrückt werden und Mittel vorgesehen sind, um sowohl die Ringelemente aneinander als auch die Segmente untereinander zu verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ringelement (8) eines Segmentes (3) an der dem andern Ringeiement (8') zugekehrten Seitenfläche mit zwei zum Nutgrund (2) in offenen Ausnehmungen (6) versehen ist, von denen jeweils eine durch die gegenseitige Versetzung der einander zugeordneten Ringelemente einen für beide Elemente gemeinsamen Hohlraum zur Aufnahme einer Spiraldruckfeder (7) bildet, und die Ausnehmung derart geformt ist, daß die Spiraldruckfeder mit Spiel in Umfangsrichtung einliegt, um gleichzeitig als Federmitiel und als Verbindungsmittel zu wirken.

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