DE69929489T2

DE69929489T2 - Wellendichtung

Info

Publication number: DE69929489T2
Application number: DE69929489T
Authority: DE
Inventors: Minoshima Factory of Atsushi Arida-shi Hosokawa; Minoshima Factory of Hiromi Arida-shi Obata; Minoshima Factory of Takeshi Arida-shi Baba; Minoshima Factory of Tomoya Arida-shi Inagaki; Toshiro 2-1 Toyota-cho Kariya-shi Fujii; Takayuki 2-1 Toyota-cho Kariya-shi Imai; Naoya 2-1 Toyota-cho Kariya-shi Yokomachi; Kazuo 2-1 Toyota-cho Kariya-shi Murakami
Original assignee: Toyota Industries Corp; Mitsubishi Cable Industries Ltd; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp; Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: EP1004801A3; US20020089125A1; DE69929489D1; EP1004801B1; KR100374882B1; EP1004801A2; KR20000052368A; US20020089124A1; US6764080B2; US6367811B1; US6715769B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehwellendichtung, speziell eine Drehwellendichtung, die zum Abdichten von Fluid unter hohem Druck in einem Kompressor für eine Klimaanlage bei einem Kraftfahrzeug verwendet wird.
Als herkömmliche Drehwellendichtung dieser Art ist eine Drehwellendichtung bekannt, wie sie in 41 gezeigt ist. Diese Drehwellendichtung ist zwischen einem Gehäuse 31 wie beispielsweise der Umhüllung eines Kompressors und einer Drehwelle 32 angeordnet, um Fluid oder Gas in einer Fluidaufbewahrungskammer 33 abzudichten.
Bei der Konstruktion der Wellendichtung ist ein Dichtungsteil 35, das aus Gummi besteht, an einer äußeren Umhüllung 34 befestigt, und sind ein erstes Dichtungselement 36 und ein zweites Dichtungselement 37, die aus Kunstharz (beispielsweise PTFE) bestehen, und spiralförmige Nuten aufweisen, mit einer ersten, inneren Umhüllung 38, einer Beilagscheibe 39, einer zweiten, inneren Umhüllung 40, usw. in der äußeren Umhüllung 34 vereinigt (durch Bördeln).
Das aus Gummi bestehende Dichtungsteil 35 ist mit einem Randabschnitt 42 versehen, der zur Seite der Fluidaufbewahrungskammer 33 hin vorsteht, wobei der Randabschnitt 42 einen konkaven Abschnitt 44 in Umfangsrichtung an der Seite der Fluidaufbewahrungskammer 33 aufweist, und ein Randendabschnitt 41 einen sich allmählich verringernden Durchmesser zur Seite der Fluidaufbewahrungskammer 33 hin aufweist, und eine Spitze des Randendabschnitts 41 die Drehwelle 32 berührt, damit eine bandförmige Kontaktfläche für die Abdichtung entsteht. Wenn die Welle still steht, wird daher Fluid vollständig durch den Druck der Fluidaufbewahrungskammer 33 und die elastische Kraft des Randendabschnitts 41 selbst abgedichtet.
Wenn sich die Drehwelle 32 dreht, wird zwar ein geringfügiges Leck in einem Gleitabschnitt des Randendabschnitts 41 und der Drehwelle 32 hervorgerufen, jedoch wird das Leck (zur linken Seite in 41) durch den hydrodynamischen Effekt der spiralförmigen Nuten (Schraubengewinde) des ersten Dichtungselements 36 und des zweiten Dichtungselement 37 zurückgedrückt. Diese Konstruktion kann das Fluid insgesamt abdichten.
Konkret ist, wie in 42A gezeigt, in dem aus Gummi bestehenden Dichtungsteil 35 im nicht an der Drehwelle 32 angebrachten Zustand (im freien Zustand) ein Übermaß G auf dem Randendabschnitt 41 vorgesehen, um einen Übermaßabschnitt 46 weiter innen als der Umfang der Drehwelle 32 vorzusehen. Wie in 42B gezeigt, wirkt in dem Dichtungsteil 35, das an der Drehwelle 32 angebracht ist, eine durch die Elastizität des Gummis hervorgerufene Festspannkraft F₁₁ auf einen Kontaktabschnitt 43 (mit der Drehwelle 32) des Randendabschnitts 41 (des Übermaßabschnitts 46) zu einer Umfangsoberfläche der Drehwelle 32 hin ein. Wie in 42C gezeigt, wirken in dem Dichtungsteil 35, welches (durch den Druck P des Fluids) mit Druck beaufschlagt wird, in einem Druckbeaufschlagungszustand der Fluidaufbewahrungskammer 33, eine Selbstabdichtungskraft F₁₂ (hervorgerufen durch Druckbeaufschlagung) und die Festspannkraft F₁₁ (die kontinuierlich einwirkt) auf den Kontaktabschnitt 43 ein. Daher wirkt eine Gesamtkraft F₁₅ (= F₁₁ + F₁₂) auf den Kontaktabschnitt 43 mit der Umfangsoberfläche der Drehwelle 32 ein.
Wenn bei der voranstehend geschilderten, herkömmlichen Dichtung der Druck in der Fluidaufbewahrungskammer 33 hoch ist, berührt der Randendabschnitt 41 die Drehwelle 32 über eine große Fläche, so dass eine starke Verformung entsteht (durch einen hohen Druck, der in Richtung eines Pfeils P in 42C einwirkt), so dass die Abdichtung instabil wird, und das Abdichtungsvermögen des ersten Dichtungselements 36 ebenfalls beeinflusst wird. Dies führt in der Hinsicht zu Problemen, dass schnell ein Leck erzeugt wird, und der Abrieb des Kontaktabschnitts des Randendabschnitts 41 mit der Drehwelle 32 groß ist.
Weiterhin weist der Grund des Randabschnitts 42 einen größere Druckaufnahmefläche und eine geringere Menge an Gummi (im Vergleich zu anderen Teilen des Randabschnitts) für den konkaven Abschnitt 44 auf. Daher werden Risse am Grund des Randabschnitts 42 und eine Abschälung des Dichtungsteils 35 von der äußeren Umhüllung 34 hervorgerufen, da der Grund des Randabschnitts 42 stark durch den hohen Druck verformt wird, und dann mechanische Spannungen von der Oberfläche des Randabschnitts 42 zur äußeren Umhüllung 34 hin hervorgerufen werden. Weiterhin besteht das Problem, dass der Kontaktabschnitt des Randendabschnitts 41 mit der Drehwelle 32 größer wird, und die Lebensdauer der Dichtung verkürzt wird.
Weiterhin durchdringt, falls Kohlendioxid, das ein hohes Durchdringungsvermögen für Gummi und Harz aufweist, als ein Kühlmittel verwendet wird, das Kohlendioxid das Dichtungsteil 35, das aus Gummi besteht, das erste Dichtungselement 36, und das zweite Dichtungselement 37, und gelangt aus der Dichtung heraus. Dies bedeutet, dass dann, wenn ein starkes Leck für das Kühlmittel vorhanden ist, das Kühlmittel schnell verbraucht wird, wodurch Unzuträglichkeiten wie beispielsweise eine Verringerung der Kühlwirkung infolge eines mangels an Kühlmittel hervorgerufen werden.
Eine Dichtung dieser Art ist aus der EP 0851159 bekannt.
Daher besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Drehwellendichtung, die insbesondere bei hohem Druck eingesetzt werden kann (bei etwa 3 bis 10 MPa, zum Einsatz bei Kühlmitteln unter hohem Druck wie beispielsweise CO₂, bei welcher ein Leck des Kühlmittels verringert wird, die Verformung des Randendabschnitts gering ist, der Randendabschnitt eine ausreichende Standfestigkeit zum Verhindern eines schnellen Abriebs aufweist, das Dichtungsvermögen stabil ist, und verhindert wird, dass die Kontaktfläche vergrößert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Drehwellendichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 zur Verfügung gestellt. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 5 angegeben.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine halbe Vorderansicht ist, die eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
2B eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
3 eine vergrößerte Querschnittsansicht ist, die ein Vergleichsbeispiel zeigt;
4 eine halbe Vorderansicht ist, die eine Abänderung der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
5 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
6 eine halbe Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform ist;
7A eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts ist;
7B eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Hauptabschnitts ist;
8 eine halbe Vorderansicht einer Abänderung der zweiten Ausführungsform ist;
9A eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
9B eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
10 eine halbe Vorderansicht ist, die eine andere Abänderung der zweiten Ausführungsform zeigt;
11 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
12A eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist, wobei eine Abänderung eines Verstärkungsabdeckmetalls gezeigt ist;
12B eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist, wobei eine Abänderung eines Verstärkungsabdeckmetalls gezeigt ist;
13 eine halbe Vorderansicht einer dritten Ausführungsform ist;
14A eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
14B eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
15 eine halbe Vorderansicht einer Abänderung der dritten Ausführungsform ist;
16A eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
16B eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
17A eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
17B eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
18 eine halbe Vorderansicht einer Abänderung der dritten Ausführungsform ist;
19 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
20A eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist, in welcher eine andere Abänderung der dritten Ausführungsform gezeigt ist;
20B eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist, in welcher eine andere Abänderung der dritten Ausführungsform gezeigt ist;
20C eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist, in welcher eine andere Abänderung der dritten Ausführungsform gezeigt ist;
20D eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist, in welcher eine andere Abänderung der dritten Ausführungsform gezeigt ist;
21A eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts ist, in welcher noch eine andere Abänderung der dritten Ausführungsform gezeigt ist;
21B eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts ist, in welcher noch eine andere Abänderung der dritten Ausführungsform gezeigt ist;
22A eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
22B eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
23A eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist, in welcher eine weitere Abänderung der dritten Ausführungsform gezeigt ist;
23B eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist, in welcher eine weitere Abänderung der dritten Ausführungsform gezeigt ist;
24 eine halbe Vorderansicht ist, die eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
25A eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
25B eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
26 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist, die eine Abänderung der vierten Ausführungsform zeigt;
27A eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
27B eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
28 eine halbe Vorderansicht ist, die eine weitere Abänderung der vierten Ausführungsform zeigt;
29 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnitts ist;
30A eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts ist, die noch eine andere Abänderung der vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
30B eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts ist, die noch eine andere Abänderung der vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
31 eine teilweise geschnittene Seitenansicht ist, die eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
32 eine teilweise geschnittene Seitenansicht ist, die einen Zustand vor dem Anbringen zeigt;
33 ein Diagramm ist, welches Auswirkungen der Dichtung zeigt;
34 eine teilweise geschnittene Seitenansicht ist, die eine Drehwellendichtung nicht gemäß der Erfindung zeigt;
35 eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht ist, die eine Drehwellendichtung nicht gemäß der Erfindung zeigt;
36 eine teilweise geschnittene Seitenansicht ist, die eine Drehwelle nicht gemäß der Erfindung zeigt;
37 eine teilweise geschnittene Seitenansicht ist, die eine Drehwelle nicht gemäß der Erfindung zeigt;
38 eine teilweise geschnittene Seitenansicht ist, die eine Drehwelle nicht gemäß der Erfindung zeigt;
39 eine teilweise geschnittene Seitenansicht ist, die eine erste Abänderung der fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt;
40 eine teilweise geschnittene Seitenansicht ist, die eine zweite Abänderung der fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt;
41 eine halbe Vorderansicht eines herkömmlichen Beispiels ist;
42A eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts des herkömmlichen Beispiels ist;
42B eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts des herkömmlichen Beispiels ist; und
42C eine erläuternde Ansicht eines wesentlichen Abschnitts des herkömmlichen Beispiels ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Die 1 bis 5 zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Drehwellendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die bei einem Kompressor einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge eingesetzt wird, bei welchem ein Kühlmittel unter hohem Druck (beispielsweise CO₂) an der Seite einer Fluidaufbewahrungskammer 33 arbeitet.
Diese Drehwellendichtung ist zwischen einem Gehäuse 31, beispielsweise einer Umhüllung des Kompressors, und einer Drehwelle 32 (an deren Umfangsoberfläche) angeordnet, um ein Fluid abzudichten, etwa ein Kühlmittel unter hohem Druck.
Im Einzelnen weist die Konstruktion, wie in 1 gezeigt, eine Wellendichtung auf, die aus einer äußeren Umhüllung 1 besteht, die aus Metall besteht, und innere Randabschnitte 2 und 3 aufweist, ein aus Gummi bestehendes Dichtungsteil 5, das an einer Umfangsoberfläche eines Zylinderabschnitts 4 der äußeren Umhüllung 1 und an beiden Seiten des inneren Randabschnitts 2 durch Kleben, Schweißen, Einbrennen und dergleichen befestigt ist, ein Dichtungselement E, eine erste, innere Umhüllung 9, eine Beilagscheibe 10, eine zweite, innere Umhüllung 11, und eine Metallstütze 12. Weiterhin besteht in 1 das Dichtungselement E aus einem ersten Dichtungselement 7 und einem zweiten Dichtungselement 8, welches spiralförmigen Nuten 6 aufweist.
Das aus Gummi bestehende Dichtungsteil 5 besteht aus einem zylindrischen Abdeckabschnitt 5a, dessen Umfangsoberfläche wellenförmig (im unbelasteten Zustand) ausgebildet ist, um elastisch in Kontakt mit einer Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 31 zum Abdichten zu gelangen, einem inneren Randabdeckabschnitt 5b, dessen Querschnitt U-förmig ist, und der beide Seiten des inneren Randabschnitts 2 abdeckt, und einem Randabschnitt 13, der gegenüber einer Innenseite des inneren Randabschnitts 5b vorsteht, dessen Querschnitt U-förmig ist, zur Seite der Fluidaufbewahrungskammer 33 hin.
Der Randabschnitt 13 besteht aus einem kurzen Zylinderabschnitt 13a, und einem Randendabschnitt 13b, dessen Durchmesser allmählich zur Seite der Fluidaufbewahrungskammer hin abnimmt. Weiterhin weist der Randabschnitt 13 mit im Wesentlichen gleichmäßiger Dicke eine Konstruktion auf, die im Querschnitt gebogen ist (wie in 1 gezeigt). Ein Spitzenendabschnitt 14 des Randendabschnitts 13b berührt geradlinig die Umfangsoberfläche der Drehwelle 32 zur Abdichtung in einem angebrachten (eingesetzten) Zustand.
Die Metallstütze 12 ist zwischen dem ersten Dichtungselement 7 und dem aus Gummi bestehenden Dichtungsteil 5 angeordnet, so dass es an einem Seitenabschnitt gegenüberliegend der Fluidaufbewahrungskammer 33 oder einem inneren Abschnitt des inneren Randabdeckabschnitts 5b des Dichtungsteils 5, dem kurzen Zylinderabschnitt 13a, und dem Randendabschnitt 13b anhaftet.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist der Randendabschnitt 13b einen Schrägstellwinkel von 10° bis 45° zu einer Achse L der Drehwelle 32 auf, und weist die Metallstütze 12, entsprechend dem Randendabschnitt 13b, eine Aufnahmeschrägfläche A an ihrem Ende auf, mit einem Schrägstellwinkel θ von 10° bis 45° zur Achse L.
Konkret besteht die Metallstütze 12, deren Querschnitt im Wesentlichen L-förmig ist, aus einem ebenen Plattenabschnitt 15 im rechten Winkel zur Achse L, und einem Zylinderabschnitt 16 in Form eines kurzen Zylinders, dessen Zentrum die Achse L ist. Ein Endabschnitt 16a (an der Seite der Fluidaufbewahrungskammer 33) des Zylinderabschnitts 16 ist um den voranstehend erwähnten Schrägstellwinkel θ an einem gebogenen Abschnitt 17 abgebogen, so dass der Durchmesser allmählich zum Ende hin abnimmt, und eine Umfangsoberfläche des Endabschnitts 16a bildet die voranstehend erwähnte Aufnahmeschrägfläche A.
Der gebogene Abschnitt 17 entspricht dem kurzen Zylinderabschnitt 13a des Dichtungsteils 5 und einer abgebogenen, inneren Ecke des Randendabschnitts 13b, und passt eng dort hinein. Wie in 2B gezeigt, ist es vorzuziehen, eine R-förmige Fase 20 auf einem Endeckabschnitt der Aufnahmeschrägfläche A der Metallstütze 12 vorzusehen. Dies bedeutet, dass ein Endeckabschnitt der Metallstütze 12 in der Auswirkung daran gehindert wird, sich in den Randendabschnitt 13b des Randabschnitts 12 einzugraben, so dass Risse in dem Randendabschnitt 13b hervorgerufen werden.
Wie in 1 gezeigt, wird die äußere Umhüllung 1 vorher mit dem Dichtungsteil 5 aus Gummi durch einen Kleber und dergleichen vereinigt. Die Metallstütze 12, das erste Dichtungselement 7, die erste innere Umhüllung 9, die Beilagscheibe 10, das zweite Dichtungselement 8, und die zweite, innere Umhüllung 11 werden aufeinander folgend an der äußeren Umhüllung 1 im geraden Zustand (einem zylinderförmigen Zustand) befestigt, bei welchem der innere Randabschnitt 3 nicht vorhanden ist. Dann wird der innere Randabschnitt 3 durch Bördeln hergestellt, und sind sämtliche Teile vereinigt.
Die Metallstütze 12, die erste, innere Umhüllung 9, die zweite, innere Umhüllung 11, die Beilagscheibe 10, und die äußere Umhüllung 1 sind aus Metall wie beispielsweise Stahl hergestellt. Das erste Dichtungselement 7 und das zweite Dichtungselement 8 bestehen aus einem Fluorharz wie beispielsweise PTFE. Weiterhin besteht das Dichtungsteil 5 unter Berücksichtigung der Standfestigkeit gegenüber dem Kühlmittel aus HNBR, dessen JIS-Härte vorzugsweise auf 87 bis 96 (durch die Zusammensetzung des HNBR) eingestellt ist, um eine Verformung zu verhindern, wenn auf die Dichtung ein Druck einwirkt. Das Dichtungsteil wird stark verformt, wenn die JIS-Härte niedriger ist als 87, und weist eine etwas geringere Elastizität auf, wenn die JIS-Härte höher ist als 96.
Obwohl die Dichtungswirkung ähnlich wie bei dem voranstehend geschilderten, herkömmlichen Beispiel ist, wird der Randendabschnitt 13b von der Aufnahmeschrägfläche A der Metallstütze 12 von der entgegengesetzten Seite aus aufgenommen (gehaltert) (der Innenseite), und an einer Verformung gehindert, wenn Druck P auf den Randendabschnitt 13b an der Seite der Fluidaufbewahrungskammer 33 einwirkt (wie in 2 gezeigt), und es wird eine gute Abdichtfähigkeit des Randendabschnitts 13b unter hohem Druck sichergestellt.
3 zeigt ein Vergleichsbeispiel, das für herkömmliche Öldichtungen vorgeschlagen wurde, bei welchem ein Abstützring 45 eingesetzt wird, um einen Randabschnitt 13 eines aus Gummi bestehenden Dichtungsteils 5 zu haltern, wie dies in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 2-47311 beschrieben wird. Obwohl der Abstützring 45 einen kurzen Zylinderabschnitt 13a des Randabschnitts 13 abstützen (haltern) kann, ist er nicht einsetzbar dazu, eine Verformung zu verhindern, wenn der Randendabschnitt einem Druck ausgesetzt wird, da ein Ende 45a des Abstützrings 45 um 90° abgebogen ist, und extrem kurz ist.
Zusammenfassend ist bei der vorliegenden Erfindung die Aufnahmeschrägfläche A, deren Schrägstellwinkel θ im Bereich von 10° ≤ θ ≤ 45° zur Achse L liegt, auf der Metallstütze 12 vorgesehen, so dass sie annähernd dem Schrägstellwinkel des Randendabschnitts 13b zum Haltern (Abstützen) des Randendabschnitts 13b entspricht, in sicherer Weise von der entgegengesetzten Seite (Rückseite) aus, und wird eine Verformung bei Druckbeaufschlagung (vgl. die Bezugszeichen P) verhindert. Die Wellendichtung weist ein hervorragendes Dichtungsvermögen auf, und zwar dadurch, dass der Schrägstellwinkel des Randendabschnitts 13b einen Wert von 10° bis 45° aufweist.
Als nächstes zeigen die 4 und 5 eine Abänderung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie deutlich aus einem Vergleich mit den 1 und 2 hervorgeht, unterscheidet sich die Abänderung konstruktiv in folgender Art und Weise.
Das erste Dichtungselement 7 in 1 ist weggelassen, das Dichtungselement E besteht nur aus dem zweiten Dichtungselement 8, und die Metallstütze 12 weist eine Dicke T auf, die dazu ausreicht, das Fehlen des ersten Dichtungselements 7 auszugleichen. Weiterhin ist die Aufnahmeschrägfläche A eine Endoberfläche der Metallstütze 12 (von welcher der gebogene Abschnitt 17 in 1 weggelassen ist), die so ausgebildet ist, dass sie eng zur Seite der entgegengesetzten Oberfläche (rückwärtigen Oberfläche) des Randabschnitts 13 des Dichtungsteils 5 passt, und diese abstützt.
Der Schrägstellwinkel θ der Aufnahmeschrägfläche A zur Achse L der Drehwelle ist auf innerhalb des Bereiches der voranstehend geschilderten, ersten bevorzugten Ausführungsform eingestellt. Auf eine Erläuterung anderer Teile, die mit gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind, wird verzichtet, da sie ebenso ausgebildet wie bei der ersten Ausführungsform.
Als nächstes werden Beispiele beschrieben.
Eine Wellendichtung mit der Konstruktion, die in 1 und in 2B (Beispiel 1) gezeigt ist, und eine Wellendichtung mit der Konstruktion, die in 1 und 2A (Beispiel 2) gezeigt ist, wurden hergestellt und in Bezug auf das Dichtungsvermögen unter folgenden Versuchsbedingungen untersucht.
Versuchsbedingungen:

(1) Abgedichtetes Fluid: (Kältemaschinenöl + CO₂)
(2) Abdichtdruck: 2,45 MPa (25 kg/cm²)
(3) Umdrehungsgeschwindigkeit: 3,74 m/s
(4) Temperatur: 60°C

Die Ergebnisse des voranstehend geschilderten Versuchs sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.
TABELLE 1 ERGEBNIS DES VERSUCHS
Die voranstehende Tabelle 1 zeigt, dass die Metallstütze 12 eine Verformung des Randendabschnitts 13b verhindert, eine Vergrößerung der Kontaktfläche der Dichtung mit der Drehwelle 32, und Wärme und Abrieb verringert. Weiterhin zeigt Tabelle 1, dass die Zeit bis zum Auftreten eines Lecks (Lebensdauer der Dichtung) weiter durch die R-förmige Fase 20 verlängert wird, wie in 2B gezeigt.
Als nächstes ist eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in den 6 bis 12 dargestellt. Wie deutlich aus dem Vergleich mit der in den 1 bis 5 gezeigten, ersten Ausführungsform hervorgeht, unterscheidet sich die zweite Ausführungsform konstruktiv auf folgende Art und Weise. Auf eine Erläuterung von Teilen, die mit gleichen Bezugszeichen wie bei der ersten Ausführungsform bezeichnet sind, wird verzichtet, da sie ebenso ausgebildet sind wie bei der ersten Ausführungsform.
Hierbei ist, wie in 6 gezeigt, eine verstärkende Metallabdeckung 21 vereinigt mit dem inneren Randabschnitt 12 der äußeren Umhüllung 1 vorgesehen. Konkret ist das halternde Metall 12 zwischen dem ersten Dichtungselement 7 und dem Dichtungsteil 5 aus Gummi angeordnet. Ein Teil von der Innenumfangsoberfläche des Randendabschnitts 13b zu einer rückwärtigen Oberfläche des inneren Randabdeckabschnitts (stehenden Abschnitts) 5b (der in Richtung in rechtem Winkel zur Drehwelle 32 steht) durch den kurzen Zylinderabschnitt 13a wird durch den halternden Metallring 12 gehaltert, ein Teil von der Umfangsoberfläche des Randendabschnitts 13b bis zur Umfangsoberfläche des kurzen Zylinderabschnitts 13a ist durch das verstärkende Abdeckmetall 21 abgedeckt, und der Randendabschnitt 13b (am Ende des Spitzenendabschnitts 14) ist sandwichartig zwischen dem halternden Metall 12 und dem verstärkenden Abdeckmetall 21 angeordnet.
Wie in den 6 und 7 gezeigt, weist der Randendabschnitt 13b einen Schrägstellwinkel von 10° bis 45° zur Achse L der Drehwelle 32 auf, und weist, entsprechend dem Schrägstellwinkel, die Metallstütze 12 eine Aufnahmeschrägfläche A auf, mit einem Schrägstellwinkel θ von 10° bis 45° zur Achse L.
Das verstärkende Abdeckmetall 21, das die äußere Oberfläche des Randendabschnitts 13b wie voranstehend geschildert abdeckt, ist vereinigt mit dem inneren Randabschnitt 2 der aus Metall bestehenden, äußeren Umhüllung ausgebildet. Wie in den 7A und 7B gezeigt, ist daher das verstärkende Abdeckmetall 21 vereinigt an der äußeren Oberfläche des Randendabschnitts 13b durch einen Kleber oder Wärmeeinwirkung befestigt, so dass der Spitzenendabschnitt 14 übrig bleibt.
Eine Einwirkung eines hohen Drucks P direkt auf den gesamten Randendabschnitt 13b wird durch das verstärkende Abdeckmetall 21 verhindert. Eine hohe Dichtungsfähigkeit wird durch die Zusammenarbeit des verstärkenden Abdeckmetalls mit der Metallstütze 12 sichergestellt, um die Verformung des Randendabschnitts 13b zu verringern, wenn der Druck in der Fluidaufbewahrungskammer 33 relativ hoch ist (beispielsweise 3 bis 10 MPa).
Noch konkreter, deckt das verstärkende Abdeckmetall 21 nicht den gesamten Randendabschnitt 13b ab, erstreckt sich ein Ende des verstärkenden Abdeckmetalls zu einem Ort, an welchem der Spitzenendabschnitt 14 des Randendabschnitts 13b verlassen wird, welcher geradlinig die Drehwelle 32 berührt. Anders ausgedrückt, befindet sich ein freiliegender Abschnitt 13c, der nicht von dem verstärkenden Abdeckmetall 21 abgedeckt wird, auf der Umfangsoberfläche des Randendabschnitts 13b näher an der Spitzenendseite als an dem Ort, an welchem der hohe Druck P direkt nur auf den freiliegenden Abschnitt 13c einwirkt, und wird ein ordnungsgemäßer, geradliniger Berührungszustand (durch Zusammenwirken mit der Metallstütze 12) zwischen dem Randendabschnitt des Randendabschnitts 13b und der Drehwelle 32 ausgebildet, um hierdurch ein hohes Dichtungsvermögen sicherzustellen.
Die innere Umfangsoberfläche eines Grundabschnitts (in der Nähe eines gebogenen Abschnitts 17) des Randendabschnitts 13b, der den freiliegenden Abschnitt 13c auf der äußeren Oberfläche aufweist, wird durch die Aufnahmeschrägfläche A der Metallstütze 12 wie voranstehend geschildert gehaltert, und der Grundabschnitt des Randendabschnitts 13b, der sandwichartig zwischen der Metallstütze 12 und dem verstärkenden Abdeckmetall 21 angeordnet ist, wird ausreichend sowohl auf der inneren als auch der äußeren Seite verstärkt. Daher wird der gesamte Randendabschnitt 13b nicht wesentlich verformt, wenn der hohe Druck P einwirkt, wird ein Flächenberührungszustand mit übermäßigem Druck zwischen dem Randendabschnitt 13b und der Drehwelle 32 verhindert, und wird hierdurch ein schneller Abrieb des Randabschnitts 13 verhindert.
Die Metallstütze 12, die erste, innere Umhüllung 9, die zweite, innere Umhüllung 11, die Beilagscheibe 10, das verstärkende Abdeckmetall 21, und die äußere Umhüllung 1 sind aus Metall wie beispielsweise Stahl hergestellt, und das erste Dichtungselement 7 und das zweite Dichtungselement 8 sind aus einem Fluorharz wie beispielsweise PTFE hergestellt, und weiterhin ist das Dichtungsteil 5 unter Berücksichtigung der Beständigkeit gegenüber dem Kühlmittel aus HNBR hergestellt, dessen JIS-Härte vorzugsweise auf 87 bis 96 eingestellt ist (durch die Zusammensetzung des HNBR), um eine Verformung zu verhindern, wenn die Dichtungsteil mit Druck beaufschlagt wird. Das Dichtungsteil wird stark verformt, wenn die JIS-Härte niedriger ist als 87, und weist eine etwas geringere Elastizität auf, wenn die JIS-Härte höher ist als 96.
Um diese Art einer druckbeständigen Drehwellendichtung auszubilden werden, wie in 6 gezeigt, die Metallstütze 12, das erste Dichtungselement 7, die erste innere Umhüllung 9, die Beilagscheibe 10, das zweite Dichtungselement 8, und die zweite innere Umhüllung 11 hintereinander an der äußeren Umhüllung 1 angebracht, die mit dem Dichtungsteil 5 aus Gummi durch einen Kleber und dergleichen verbunden ist, und zwar vorher, im geraden Zustand (einem zylindrischen Zustand), in welchem das verstärkende Abdeckmetall 21 und der innere Randabschnitt 3 der äußeren Umhüllung 1 nicht vorhanden sind. Dann wird der innere Randabschnitt 3 abgebogen und durch Bördeln hergestellt, und werden sämtliche Teile vereinigt.
Hierbei ist speziell die Vereinigung mit dem Dichtungsteil 5 aus Gummi dadurch stärker ausgebildet, dass vorher ein Öffnungsloch 19 auf dem inneren Randabschnitt 2 der äußeren Umhüllung 1 hergestellt wird. Wenn vorher Gummi bei dem inneren Randabschnitt 2 vorgesehen wird, lässt sich das Innere des inneren Randabdeckabschnitts 5 (des aufrecht stehenden Abschnitts) leicht vorher mit dem Gummi durch das Öffnungsloch 19 füllen.
Als nächstes zeigen die 8 und 9A eine Abänderung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall wird das verstärkende Abdeckmetall 21, das einen Teil von der Umfangsoberfläche des Randendabschnitts 13b bis zum aufrecht stehenden Abschnitt (dem inneren Randabdeckabschnitt) 5d über die Umfangsoberfläche des kurzen Zylinderabschnitts 13a abdeckt, getrennt von der äußeren Umhüllung 1 ausgebildet, und wird ein Teil des Dichtungsteils 5 zwischen dem verstärkenden Abdeckmetall 21 und dem inneren Randabschnitt 2 der äußeren Umhüllung 1 angeordnet. Weiterhin weist in diesem Fall das verstärkende Abdeckmetall 21, bei welchem ein Endabschnitt 21a, der die Umfangsoberfläche des Randendabschnitts 13b und den kurzen Zylinderabschnitt 13a abdeckt, und ein Basisabschnitt 21b, der den aufrecht stehenden Abschnitt 5b abdeckt, vereinigt ausgebildet sind, einen annähernd L-förmigen oder J-förmigen Querschnitt auf.
Auch in diesem Falle ist der freiliegende Abschnitt 13c, der nicht durch das verstärkende Abdeckmetall 21 abgedeckt ist, auf der Umfangsoberfläche des Endes des Randendabschnitts 13b vorgesehen, und gelangt der Spitzenendabschnitt 14 des Randabschnitts entsprechend dem freiliegenden Abschnitt 13c in einen geradlinigen Berührungszustand mit geeignetem Druck mit der Drehwelle 32, wie bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform. Weiterhin ist, wie in 9B gezeigt, die R-förmige Fase 20 vorzugsweise auf einem Endeckabschnitt der Aufnahmeschrägfläche A der Metallstütze 12 vorgesehen, um wirksam zu verhindern, dass der Endeckabschnitt der Metallstütze 12 sich in den Randendabschnitt 13b eingräbt, und so Risse in dem Randendabschnitt 13b hervorruft, wie bei der ersten Ausführungsform.
Weiterhin zeigen die 10 und 11 eine andere Abänderung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall ist das erste Dichtungselement 7 weggelassen, besteht das Dichtungselement E nur aus dem zweiten Dichtungselement 8, und ist die Metallstütze 12 mit einer Dicke T versehen, die ausreicht, das Fehlen des ersten Dichtungselements 7 auszugleichen. Weiterhin ist die Aufnahmeschrägfläche A eine Endoberfläche der Metallstütze 12 (von welcher der abgebogene Abschnitt 17 und dergleichen in 6 weggelassen sind), die so ausgebildet ist, dass sie eng an die Seite der rückwärtigen Oberfläche (Rückseite) des Randabschnitts 13 des Dichtungsteils 5 angepasst ist, und diese haltert.
In diesem Fall werden ähnliche Auswirkungen in der Praxis wie bei der in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsform erhalten. Der Schrägstellwinkel θ der Aufnahmeschrägfläche A zur Achse L der Drehwelle ist auf innerhalb des Bereiches der Ausführungsform eingestellt, die in den 6 und 7 gezeigt ist. Auf eine Erläuterung mit gleichen Bezugszeichen bezeichnete Teile wird verzichtet. Weiterhin kann, obwohl dies in den Figuren nicht dargestellt ist, die in den 10 und 11 gezeigte Ausführungsform mit der in den 8 und 9 gezeigten Ausführungsform kombiniert werden.
Weiterhin zeigen die 12A und 12B eine Abänderung des verstärkenden Abdeckmetalls 21. Bei einer in 12A gezeigten Abänderung erstreckt sich der Endabschnitt 21a des verstärkenden Abdeckmetalls 21 zum Spitzenendabschnitt 14 des Randabschnitts 13. Bei einer in 12B gezeigten Abänderung ist eine Spitze des Endabschnitts 21a des verstärkenden Abdeckmetalls 21 zur Seite des Randabschnitts 13 hin gebogen (wodurch ein gebogener Abschnitt 21c ausgebildet wird), und liegt der abgebogene Abschnitt 21c auf der Spitzenendoberfläche 14a des Spitzenendabschnitts 14 des Randabschnitts auf. Durch diese Konstruktion wird eine Abschälung des verstärkenden Abdeckmetalls 21 von dem Randabschnitt 13 verhindert. Weiterhin können die Abänderungen gemäß den 12A und 12B mit den voranstehend geschilderten Ausführungsformen kombiniert werden.
Die Konstruktionsteile wie die äußere Umhüllung, das Dichtungselement, die Metallstütze, das verstärkende Abdeckmetall usw. sind nicht auf die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Jedes der voranstehend genannten Konstruktionsteile kann konstruktiv abgeändert oder verbessert werden, entsprechend den Einsatzbedingungen usw., und die vorliegende Erfindung kann bei allen Ausbildungen und Kombinationen der Konstruktionsteile eingesetzt werden, soweit die Innenumfangsoberfläche des Randendabschnitts des Dichtungsteils aus Gummi durch die Metallstütze gehalten wird, die Umfangsoberfläche des Randendabschnitts durch das verstärkende Abdeckmetall abgedeckt ist, und der Randendabschnitt durch die Metallstütze und das verstärkende Abdeckmetall verstärkt wird, die sandwichartig den Randendabschnitt einschließen.
Als nächstes zweigen die 13 bis 23 eine dritte Ausführungsform der Drehwellendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Wie deutlich aus einem Vergleich mit den voranstehend geschilderten ersten und zweiten Ausführungsformen hervorgeht, unterscheidet sich diese Ausführungsform konstruktiv folgendermaßen. Auf eine Erläuterung von Teilen mit gleichen Bezugszeichen wird verzichtet, da diese Teile ebenso ausgebildet sind wie bei den vorherigen Ausführungsformen.
Wie in 13 gezeigt, ist ein Spaltabschnitt S zwischen dem Dichtungsteil 5 aus Gummi und der Metallstütze 12 vorgesehen, die so angeordnet ist, dass sie die rückwärtige Oberfläche des Dichtungsteils 5 aus Gummi haltert. Im Einzelnen ist die Metallstütze 12 zwischen dem ersten Dichtungselement 7 und dem Dichtungsteil 5 so angeordnet, dass es teilweise an den Randabschnitt 13 mit dem Spaltabschnitt S an einem entgegengesetzten Teil zum Fluidaufbewahrungsabschnitt des inneren Randabdeckabschnitts 5b des Dichtungsteils 5, des kurzen Zylinderabschnitts 13a, und des Randendabschnitts 13b passt und diesen haltert.
Wie in den 13 und 14 gezeigt, weist der Randendabschnitt 13b einen Schrägstellwinkel von 10° bis 45° zur Achse L der Drehwelle 32 auf, und weist, entsprechend dem Schrägstellwinkel, die Metallstütze 12 die Aufnahmeschrägfläche A auf, die einen Schrägstellwinkel θ von 10° bis 45° zur Achse L aufweist.
Im einzelnen besteht die Metallstütze 12, die im Querschnitt annähernd L-förmig ist, aus einem flachen Plattenabschnitt 15 in rechtem Winkel zur Achse L, und einem Zylinderabschnitt 16 in Form eines kurzen Zylinders, dessen Zentrum die Achse L ist. Ein Endabschnitt 16a (an der Seite der Fluidaufbewahrungskammer 33) des Zylinderabschnitts 16 ist mit dem voranstehend angegebenen Schrägstellwinkel θ zu einem gebogenen Abschnitt 17 abgebogen, so dass der Durchmesser allmählich zum Ende hin abnimmt, und eine Umfangsoberfläche des Endabschnitts 16a bildet die voranstehend erwähnte Aufnahmeschrägfläche A.
Der gebogene Abschnitt 17 passt eng an eine Endseite des kurzen Zylinderabschnitts 13a und eine gebogene, innere Ecke des Randendabschnitts 13b. Hierbei passt der Zylinderabschnitt 16 des Halterungsabschnitts 12, der den Spaltabschnitt S bildet, nicht zum kurzen Zylinderabschnitt 13a des Randabschnitts 13 und zu einem Teil des Randendabschnitts 13b (haltert diese Teile nicht), während der Endabschnitt 16a (die Aufnahmeschrägfläche A) der Metallstütze 12 zum Randendabschnitt 13b passt (diesen haltert).
Weiterhin ist es, wie in 14B gezeigt, vorzuziehen, eine R-förmige Fase 20 auf einem Endeckabschnitt der Aufnahmeschrägfläche A des Halterungsabschnitts 12 vorzusehen. Daher wird im druckbeaufschlagten Zustand (Betriebszustand) der Fluidaufbewahrungskammer 33 (vgl. 13) ein Endeckabschnitt der Metallstütze 12 wirksam daran gehindert, sich in den Randendabschnitt 13b des Randabschnitts 13 einzugraben, was zu Rissen in dem Randendabschnitt 13b führen würde, wenn der hohe Druck des Fluids einwirkt.
Weiterhin wird, wie in 13 gezeigt, die äußere Umhüllung 1 mit dem Dichtungsteil 5 aus Gummi vorher durch Kleben und dergleichen vereinigt. Die Metallstütze 12, das erste Dichtungselement 7, die erste innere Umhüllung 9, die Beilagscheibe 10, das zweite Dichtungselement 8, und die zweite innere Umhüllung 11 werden aufeinander folgend an der äußeren Umhüllung 1 im geraden Zustand (einem zylinderförmigen Zustand) angebracht, bei welchem der innere Randabschnitt 3 nicht vorgesehen ist. Dann wird der innere Randabschnitt 3 durch Bördeln ausgebildet, und sind sämtliche Teile vereinigt.
Die Metallstütze 12, die erste, innere Umhüllung 9, die zweite, innere Umhüllung 11, die Beilagscheibe 10, und die äußere Umhüllung 1 sind aus Metall wie beispielsweise Stahl hergestellt. Das erste Dichtungselement 7 und das zweite Dichtungselement 8 bestehen aus einem Fluorharz wie beispielsweise PTFE. Weiterhin ist das Dichtungsteil 5 unter Berücksichtigung der Beständigkeit gegen das Kühlmittel aus HNBR hergestellt, dessen JIS-Härte vorzugsweise auf 87 bis 96 eingestellt ist (durch die Zusammensetzung des HNBR), um eine Verformung zu verhindern, wenn die Dichtung einem Druck ausgesetzt ist. Das Dichtungsteil wird stark verformt, wenn die JIS-Härte niedriger ist als 87, und weist eine etwas schlechtere Elastizität auf, wenn die JIS-Härte höher ist als 96.
Weiterhin verformt sich das Dichtungsteil 5 aus Gummi, entsprechend dem Druckanstieg der Fluidaufbewahrungskammer 33, elastisch hauptsächlich in Abnahmerichtung des kurzen Zylinderabschnitts 13a, so dass es in den Spaltabschnitt S hineingelangt. Bei der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Randendabschnitt 13b in Trennrichtung von der Drehwelle 32 unter Einsatz der elastischen Verformung abgezogen.
Konkret wird zuerst, wie in 16A gezeigt, in dem Dichtungsteil 5 aus Gummi in dem Zustand, in welchem es nicht an der Drehwelle 32 angebracht ist (im freien Zustand), der Spaltabschnitt S zwischen dem Dichtungsteil 5 aus Gummi (dem Randabschnitt 13) und der Metallstütze 12 angeordnet, und wird die rückwärtige Oberfläche des Randendabschnitts 13b durch die Aufnahmeschrägfläche A der Metallstütze 12 gehaltert.
Weiterhin, wie in 16B gezeigt, verformt sich der kurze Zylinderabschnitt 13a des Randabschnitts 13 elastisch, so dass er in den Spaltabschnitt S hineingelangt, wenn ein Druck P (eines Fluids unter hohem Druck, und dergleichen) auf das Dichtungsteil 5 aus Gummi (den Randabschnitt 13) einwirkt.
Daher wirken auf den Randabschnitt 13 eine Ortsveränderungskraft Fx zur elastischen Verformung in Richtung der Achse L der Drehwelle 32 (vgl. 13) und eine Andruckkraft F_y zur elastischen Verformung in Richtung vertikal zur Achse L ein.
In diesem Fall wird der Randendabschnitt 13b des Randabschnitts 13 in der Trennrichtung von der Drehwelle 32 entlang der Aufnahmeschrägfläche A durch die Ortsveränderungskraft F_x abgezogen. Dies bedeutet, dass eine Zugkraft F₁ auf einen Endeckabschnitt 27 des Randendabschnitts 13b in Trennrichtung von der Drehwelle 32 einwirkt.
Wenn das Dichtungsteil 5 aus Gummi an der Drehwelle 32 angebracht ist, und die Fluidaufbewahrungskammer 33 nicht unter Druck steht, wie in 17A gezeigt, trennt sich der Randabschnitt 13 von der Aufnahmeschrägfläche A, wird der Spaltabschnitt S vergrößert, und berührt das elastisch druckbeaufschlagte Dichtungsteil aus Gummi (der Randabschnitt 13) geradlinig die Drehwelle 32 (deren Umfangsoberfläche). Daher wirkt eine Anzugskraft F₃, die durch die Elastizität des Gummis hervorgerufen wird, auf einen Kontaktabschnitt 22 (einen Endeckabschnitt 27) des Randendabschnitts 13b (mit der Drehwelle 32) zur Drehwelle 32 hin ein.
Wie in 17B gezeigt, wirken im Druckbeaufschlagungszustand (Betriebszustand) der Fluidaufbewahrungskammer 33 eine Selbstabdichtungskraft F₄ (hervorgerufen durch die Druckbeaufschlagung), die (voranstehend erwähnte) Anzugskraft F3, und die (voranstehend erwähnte) Zugkraft F₁ auf den Kontaktabschnitt 22 (den Endeckabschnitt 27) des Randendabschnitts 13b zur Drehwelle 32 hin ein. Dies bedeutet, dass eine Gesamtkraft F₅ (= F₃ + F₄ – F₁) auf den Kontaktabschnitt 22 (den Endeckabschnitt 27) des Randendabschnitts 13b zur Drehwelle 32 hin einwirkt.
Im Vergleich zu jenem Fall (bei welchem der Spaltabschnitt S nicht in dem nicht an der Drehwelle 32 angebrachten Zustand vorhanden ist), der bei dem herkömmlichen Beispiel gezeigt wurde (41), nimmt daher die Kraft, die auf die Drehwelle 32 einwirkt, ab (in Bezug auf die Zugkraft F₁), wird der Kontaktdruck des Kontaktabschnitts 22 des Randendabschnitts 13b verringert, und wird hierdurch der Abrieb vergrößert.
Weiterhin ist ein R-förmiger Abschnitt 18 an dem Grund des Randabschnitts 13 an der Seite der Flüssigkeitsaufbewahrungskammer 33 vorgesehen, um die elastische Verformung des Grundes des Randabschnitts 13 zu verringern, durch Erhöhung des Drucks in der Flüssigkeitsaufbewahrungskammer 33. Daher weist, im Vergleich zum herkömmlichen Beispiel (42), der Randabschnitt eine R-förmige Konstruktion auf, anstatt des konkaven Abschnitts (44), eine kleinere Druckaufnahmefläche an der Seite der Fluidaufbewahrungskammer 33, und ist die Menge aus Gummi am Grund des Randabschnitts 13 vergrößert.
Daher wird im Betriebszustand, in welchem der Druck in der Fluidaufbewahrungskammer 33 zunimmt, eine mechanische Spannung (des Drucks) verteilt, und wird die elastische Verformung des Grundes des Randabschnitts 13 verringert. Es werden kaum Risse am Grund des Randabschnitts 13 und eine Abschälung des Dichtungsteils 5 aus Gummi (des inneren Randabdeckabschnitts 5b) von der äußeren Umhüllung 1 (dem inneren Randabschnitt 2) hervorgerufen, und der Kontaktdruck des Randendabschnitts 13b (von dessen Kontaktabschnitt 22) wird verringert, um den Abrieb weiter zu verringern.
Wenn der Druck P auf den Randendabschnitt 13b einwirkt, wird der Randendabschnitt 13b von der Aufnahmeschrägfläche A der Metallstütze 12 aufgenommen (gehaltert), von der Rückseite (einer Innenseite) aus, um eine Verformung zu verhindern, und kann hierdurch ein gutes Dichtungsvermögen des Randendabschnitts 13b unter hohem Druck aufrechterhalten werden.
Wie voranstehend geschildert, ist in 14 die Aufnahmeschrägfläche A, deren Schrägstellwinkel θ zur Achse L der Bedingung 10° ≤ θ ≤ 45° genügt, auf der Metallstütze 12 vorgesehen, annähernd entsprechend dem Schrägstellwinkel des Randendabschnitts 13b zum Haltern (Abstützen) des Randendabschnitts 13b auf sichere Weise von der entgegengesetzten Seite (Rückseite) aus, und wird eine Verformung bei Druckaufnahme (vgl. das Bezugszeichen P) verhindert. Die Wellendichtung weist ein hervorragendes Dichtungsvermögen dadurch auf, dass der Schrägstellwinkel des Randendabschnitts 13b zwischen 10° und 45° gehalten wird.
Als Abänderung der dritten Ausführungsform, die in 15 gezeigt ist, kann der Abstützring 45, der in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 2-47311 für herkömmliche Öldichtungen vorgeschlagen wird, eingesetzt werden, um den Randabschnitt 13 des Dichtungsteils 5 aus Gummi zu haltern. Daher ist das Ende 45a des Abstützrings 45 im rechten Winkel, also 90°, abgebogen, und weist eine extrem kurze Abmessung auf.
Als nächstes ist in den 18 und 19 eine andere Abänderung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie deutlich im Vergleich zu den 13 und 14 hervorgeht, unterscheidet sich die Abänderung konstruktiv folgendermaßen.
Das erste Dichtungselement 7 in 13 ist weggelassen, das Dichtungselement E besteht allein aus dem zweiten Dichtungselement 8, und die Metallstütze 12 weist eine Dicke T auf, die ausreicht, das Fehlen des ersten Dichtungselements 7 auszugleichen. Weiterhin ist die Aufnahmeschrägfläche A eine Endoberfläche der Metallstütze 12 (von welcher der gebogene Abschnitt 17 in 13 weggelassen ist), die eng angepasst an die Seite der entgegengesetzten Oberfläche (hinteren Oberfläche) des Randabschnitts 13 des Dichtungsteils 5 ist, und diese haltert.
Der Schrägstellwinkel θ der Aufnahmeschrägfläche A zur Achse L der Drehwelle ist auf innerhalb des Bereiches der voranstehend geschilderten, ersten Ausführungsform eingestellt. Auf eine Erläuterung anderer Teile, die mit gleichen Bezugszeichen wie bei der dritten Ausführungsform bezeichnet sind, wird verzichtet, da sie ebenso ausgebildet sind wie bei der dritten Ausführungsform.
Als nächstes zeigt 20 andere Abänderungen der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie deutlich aus einem Vergleich mit 13 hervorgeht, unterscheidet sich konstruktiv die Abänderung gemäß 20A folgendermaßen.
Die Endoberfläche 2a des inneren Randabschnitts 2 der äußeren Umhüllung 1 ist an einer Umfangsseite (einer Außenseite in Bezug auf den Durchmesser der Drehwelle 32) zur Umfangsoberfläche 23 des kurzen Zylinderabschnitts 13a des Randabschnitts 13 angeordnet, und das Dichtungsteil 5 aus Gummi (der Randabschnitt 13 und der innere Randabdeckabschnitt 5b) ist so ausgebildet, dass es sich leicht in Richtung der Achse L der Drehwelle 32 verformt (vgl. 13). Daher verformt sich das Dichtungsteil 5 aus Gummi elastisch in Richtung der Achse L der Drehwelle 32 entsprechend dem Druckanstieg der Fluidaufbewahrungskammer 33, und wird der Randendabschnitt 13b in Trennrichtung von der Drehwelle 32 abgezogen.
Wie deutlich aus einem Vergleich mit 13 hervorgeht, unterscheidet sich die in 20B dargestellte Abänderung konstruktiv folgendermaßen. Im nicht druckbeaufschlagten Zustand der Fluidaufbewahrungskammer 33 ist der Spaltabschnitt S zwischen dem inneren Randabdeckabschnitt 5b des Dichtungsteils 5 aus Gummi und dem ebenen Plattenabschnitt 15 der Metallstütze 12 angeordnet, und das Dichtungsteil 5 aus Gummi (der Randabschnitt 13 und der innere Randabdeckabschnitt 5b) ist so ausgebildet, dass es sich einfach in Richtung der Achse L der Drehwelle 32 demzufolge verformt (vgl. 13). Daher ist der Spaltabschnitt S zwischen dem Dichtungsteil 5 aus Gummi und der Metallstütze 12 angeordnet, um die rückwärtige Oberfläche des Dichtungsteils 5 aus Gummi zu haltern, und verformt sich das Dichtungsteil 5 aus Gummi elastisch entsprechend der Druckerhöhung der Fluidaufbewahrungskammer 33, um in den Spaltabschnitt S hineinzugelangen, und wird der Randendabschnitt 13b in Trennrichtung von der Drehwelle 32 abgezogen. Weiterhin können mehrere vorstehende Abschnitte 24 zwischen dem inneren Randabdeckabschnitt 5b und dem ebenen Plattenabschnitt 15 vorgesehen sein, um den Spaltabschnitt zwischen dem inneren Randabdeckabschnitt 5b und dem ebenen Plattenabschnitt 15 auszubilden.
Weiterhin ist, wie deutlich aus einem Vergleich mit 13 hervorgeht, die in 20C dargestellte Abänderung konstruktiv auf folgende Art und Weise anders ausgebildet. In dem nicht druckbeaufschlagten Zustand der Fluidaufbewahrungskammer 33 ist ein Verbindungsabschnitt 26 des flachen Plattenabschnitts 15 (der Metallstütze 12) und des Zylinderabschnitts 16, der einen Verbindungsabschnitt 25 des inneren Randabdeckabschnitts 5b (des Dichtungsteils 5) und des Randabschnitts 13 (des kurzen Zylinderabschnitts 13a) zugewandt ist, entgegengesetzt zur Seite der Fluidaufbewahrungskammer 33 abgebogen, um den Spaltabschnitt S zwischen dem Verbindungsabschnitt 25 (des Dichtungsteils 5) und dem Verbindungsabschnitt 26 (der Metallstütze 12) auszubilden, und ist das Dichtungsteil 5 aus Gummi (der Randabschnitt 13) so ausgebildet, dass er sich leicht in Richtung der Achse L der Drehwelle 32 (vgl. 13) demzufolge verformt. Daher ist der Spaltabschnitt S zwischen dem Dichtungsteil 5 aus Gummi und der Metallstütze 12 zum Haltern der rückwärtigen Oberfläche des Dichtungsteils 5 aus Gummi angeordnet, und verformt sich das Dichtungsteil 5 aus Gummi leicht entsprechend der Druckerhöhung der Fluidaufbewahrungskammer 33, so dass es in den Spaltabschnitt S hineingelangt, und eine Kraft auf den Randendabschnitt 13b in Trennrichtung von der Drehwelle 32 ausgeübt wird.
Wie deutlich aus einem Vergleich mit 13 hervorgeht, unterscheidet sich konstruktiv die in 20D dargestellte Abänderung folgendermaßen. Im nicht druckbeaufschlagten Zustand der Fluidaufbewahrungskammer 33 trennt sich der kurze Zylinderabschnitt 13a (der Verbindungsabschnitt 25 des inneren Randabdeckabschnitts 5b und des Randabschnitts 13) von dem Zylinderabschnitt 16, da sich der kurze Zylinderabschnitt 13a des Dichtungsteils 5 aus Gummi und der Zylinderabschnitt 16 der Metallstütze 12 nicht gegenseitig berühren, und ist das Dichtungsteil 5 aus Gummi (der Randabschnitt 13) so ausgebildet, dass es sich leicht in Richtung der Achse L der Drehwelle 32 demzufolge verformt (vgl. 13). Daher ist der Spaltabschnitt S zwischen dem Dichtungsteil 5 aus Gummi und der Metallstütze 12 angeordnet, um die rückwärtige Oberfläche des Dichtungsteils 5 aus Gummi zu haltern, und verformt sich das Dichtungsteil 5 aus Gummi elastisch entsprechend der Druckerhöhung der Fluidaufbewahrungskammer 33, so dass es Kraft beaufschlagt in den Spaltabschnitt S hineingelangt, wodurch der Randendabschnitt 13b in Trennrichtung von der Drehwelle 32 abgezogen wird.
Wenn in dem nicht druckbeaufschlagten Zustand der Fluidaufbewahrungskammer 33 (wie in den 20A bis 20C gezeigt) der kurze Zylinderabschnitt 13a des Dichtungsteils 5 den Zylinderabschnitt 16 der Metallstütze 12 berührt, kann der Zylinderabschnitt 16 oder ein Kontaktabschnitt (der Verbindungsabschnitt 25 des inneren Randabdeckabschnitts 5b) und des Randabschnitts 13) mit einer Beschichtung aus einem Harz mit geringer Reibung behandelt sein, um die Reibungskraft zu verringern, so dass sich das Dichtungsteil 5 aus Gummi (der Randabschnitt 13 und der innere Randabdeckabschnitt 5b) leicht in Richtung der Achse L der Drehwelle 32 verformt (vgl. 13).
Weiterhin können diese (einzelnen) Konstruktionen, die in den 20A bis 20D gezeigt sind, auf verschiedene Arten und Weisen kombiniert werden, und kann das Dichtungsteil 5 aus Gummi (der Randabschnitt 13 und der innere Randabdeckabschnitt 5b) so ausgebildet sein, dass es sich hierdurch einfach verformt, entsprechend der Druckerhöhung der Fluidaufbewahrungskammer 33, in Richtung der Achse L der Drehwelle 32 (vgl. 13).
In den 21 und 22 ist noch eine andere Abänderung der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie deutlich aus einem Vergleich mit den 16 und 17 hervorgeht, unterscheidet sich die Abänderung konstruktiv auf folgende Art und Weise.
Der Spaltabschnitt S in 16A zwischen dem Randabschnitt 13 und der Metallstütze 12 (dem Zylinderabschnitt 16) ist nicht vorhanden, und es ist ein anderer Spaltabschnitt S zwischen der Metallstütze 12 und dem Verbindungsabschnitt 25 des inneren Randabdeckabschnitts 5b (des Dichtungsteils 5) und des Randabschnitts 13 (des kurzen Zylinderabschnitts 13a) vorhanden.
Konkret ist, wie in 21A gezeigt, bei dem Dichtungsteil 5 aus Gummi in dem nicht an der Drehwelle 32 angebrachten Zustand (dem freien Zustand), der Spaltabschnitt S zwischen dem Verbindungsabschnitt 25 des inneren Randabdeckabschnitts 5b und des Randabschnitts 13 angeordnet, und werden der Verbindungsabschnitt 26 des flachen Plattenabschnitts 15 und des Zylinderabschnitts 16 (der Metallstütze 12) sowie der kurze Zylinderabschnitt 13a und der Randendabschnitt 13b des Randabschnitts 13 durch den Zylinderabschnitt 16 gehaltert, und passt die Aufnahmeschrägfläche A der Metallstütze 12 zum Randabschnitt 13.
Wie in 21B gezeigt, verformt sich der Randabschnitt 13 elastisch, so dass er in den Spaltabschnitt S hineingelangt (wenn der Verbindungsabschnitt 25 den Verbindungsabschnitt 26 berührt), wenn ein Druck P (eines Fluids unter hohem Druck, und dergleichen) auf das Dichtungsteil 5 aus Gummi einwirkt (den Randabschnitt 13). Dies bedeutet, dass eine Ortsveränderungskraft F_x für elastische Verformung in Richtung der Achse L der Drehwelle 32 (vgl. 13) und eine Andruckkraft F_y für elastische Verformung in Richtung vertikal zur Achse L auf den Randabschnitt 13 einwirken.
In diesem Fall wird der Randendabschnitt 13b des Randabschnitts 13 in Trennrichtung von der Drehwelle 32 entlang der Aufnahmeschrägfläche A durch die Ortsveränderungskraft F_x abgezogen. Dies bedeutet, dass eine Zugkraft F₁ auf einen Endeckabschnitt 27 des Randendabschnitts 13b in Trennrichtung von der Drehwelle 32 einwirkt.
Wenn das Dichtungsteil 5 aus Gummi an der Drehwelle 32 angebracht ist, und die Fluidaufbewahrungskammer 33 nicht unter Druck steht, wie in 22A gezeigt, trennt sich der Randabschnitt 13 von der Aufnahmeschrägfläche A, wird der Spaltabschnitt S vergrößert, und berührt das elastisch druckbeaufschlagte Dichtungsteil 5 aus Gummi (der Randabschnitt 13) geradlinig die Drehwelle 32 (deren Umfangsoberfläche). Dies bedeutet, dass eine Anzugskraft F₃, die durch die Elastizität des Gummis hervorgerufen wird, auf einen Kontaktabschnitt 22 (einen Endeckabschnitt 27) des Randendabschnitts 13b (mit der Drehwelle 32) zur Drehwelle 32 hin einwirkt.
Wie in 22B gezeigt, wirken im druckbeaufschlagten Zustand (Betriebszustand) der Fluidaufbewahrungskammer 33 eine Selbstabdichtungskraft F₄ (hervorgerufen durch die Druckbeaufschlagung), die Anzugskraft F₃ (wie voranstehend erwähnt), und die Zugkraft F₁ (wie voranstehend erwähnt) auf den Kontaktabschnitt 22 (den Endeckabschnitt 27) des Randendabschnitts 13b zur Drehwelle 32 hin ein. Dies bedeutet, dass eine Gesamtkraft F₅ (= F₃ + F₄ – F₁) auf den Kontaktabschnitt 22 (den Endeckabschnitt 27) des Randendabschnitts 13b zur Drehwelle 32 hin einwirkt.
Daher nimmt im Vergleich zu jenem Fall (bei welchem der Spaltabschnitt S nicht in dem nicht angebrachten Zustand an der Drehwelle 32 vorhanden ist), der bei dem herkömmlichen Beispiel (41) dargestellt ist, die auf die Drehwelle 32 einwirkende Kraft ab (in Bezug auf die Zugkraft F₁), und wird der Abrieb des Randendabschnitts 13b (des Kontaktabschnitts 22) verringert. Im Vergleich zu dem in den 16 und 17 gezeigten Fall ist die Dichtung äußerst stabil in dem Zustand, in welchem sie nicht an der Drehwelle 32 angebracht ist, da der kurze Zylinderabschnitt 13a des Dichtungsteils 5 aus Gummi an dem Zylinderabschnitt 16 der Metallstütze 12 angebracht und durch diesen gehaltert ist.
23 zeigt eine weitere Abänderung der dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind der kurze Zylinderabschnitt 13a und der Randendabschnitt 13b des Randabschnitts 13 an der Aufnahmeschrägfläche A und dem Zylinderabschnitt 16 der Metallstütze 12 angebracht und werden durch diese gehaltert, und sind die einzelnen Konstruktionen, die in den 20B bis 20D gezeigt sind, vereinigt.
Konkret ist, wie in 23A gezeigt, in dem Zustand, in welchem die Fluidaufbewahrungskammer 33 nicht mit Druck beaufschlagt wird, der Spaltabschnitt S zwischen dem inneren Randabdeckabschnitt 5b des Dichtungsteils 5 aus Gummi und dem flachen Plattenabschnitt 15 der Metallstütze 12 angeordnet, und ist das Dichtungsteil 5 aus Gummi (der Randabschnitt 13 und der innere Randabdeckabschnitt 5b) so ausgebildet, dass es sich demzufolge einfach in Richtung der Achse L der Drehwelle 32 verformt (vgl. 13). Daher verformt sich das Dichtungsteil 5 aus Gummi elastisch entsprechend der Druckerhöhung der Fluidaufbewahrungskammer 33 in Trennrichtung von der Drehwelle 32, und wird der Randendabschnitt 13b in Trennrichtung von der Drehwelle 32 abgezogen. Weiterhin können mehrere vorstehende Abschnitte 24 zwischen dem inneren Randabdeckabschnitt 5b und dem flachen Plattenabschnitt 15 angeordnet sein, um die Spaltabschnitte S zwischen dem inneren Randabdeckabschnitt 5b und dem flachen Plattenabschnitt 15 auszubilden.
Weiterhin ist, wie in 23B gezeigt, in dem nicht druckbeaufschlagten Zustand der Fluidaufbewahrungskammer 33, ein Verbindungsabschnitt 26 des ebenen Plattenabschnitts 15 (der Metallstütze 12) und des Zylinderabschnitts 16, der einem Verbindungsabschnitt 25 des inneren Randabdeckabschnitts 5b (des Dichtungsteils 5) und dem Lippenabschnitt 13 (dem kurzen Zylinderabschnitt 13a) zugewandt ist, entgegengesetzt zur Seite der Fluidaufbewahrungskammer 33 abgebogen, um den Spaltabschnitt S zwischen dem Verbindungsabschnitt 25 (des Dichtungsteils 5) und dem Verbindungsabschnitt 26 (der Metallstütze 12) auszubilden, und ist das Dichtungsteil 5 aus Gummi (der Randabschnitt 13) so ausgebildet, dass er sich leicht in Richtung der Achse L der Drehwelle 32 verformt (vgl. 13).
Weiterhin kann in dem nicht druckbeaufschlagten Zustand der Fluidaufbewahrungskammer 33 (wie in den 23A und 23B gezeigt) eine Kontaktoberfläche des kurzen Zylinderabschnitts 13 des Dichtungsteils 5 und des Zylinderabschnitts 16 der Metallstütze 12 mit einer Harzbeschichtung mit geringer Reibung behandelt sein, um die Reibungskraft zu verringern, und ist das Dichtungsteil 5 aus Gummi (der Randabschnitt 13 und der innere Randabdeckabschnitt 5b) so ausgebildet, dass es sich einfach in Richtung der Achse L der Drehwelle 32 verformt (vgl. 13).
Selbstverständlich können diese (einzelnen) Konstruktionen, die in 23A und 23B gezeigt sind, auf verschiedene Arten und Weisen kombiniert werden, und kann das Dichtungsteil 5 aus Gummi (der Randabschnitt 13 und der innere Randabdeckabschnitt 5b) so ausgebildet sein, dass es sich einfach verformt, entsprechend der Druckerhöhung der Fluidaufbewahrungskammer 33, in Richtung der Achse L der Drehwelle 32 (vgl. 13).
Obwohl dies nicht in den Figuren dargestellt ist, kann das Dichtungsteil so ausgebildet sein, dass es den Endeckabschnitt 27 aufweist, der geradlinig die Drehwelle 32 berührt, oder sich geringfügig von dieser abhebt, ohne ein Übermaß im nicht druckbeaufschlagten Zustand, und die Drehwelle 32 im druckbeaufschlagten Zustand berührt. Weiterhin wirkt die Anzugskraft F₃ (vgl. 17) nicht auf den Kontaktabschnitt 22 des Randendabschnitts 13b (den Endeckabschnitt 27) ein, wenn die Dichtung an der Drehwelle 32 angebracht ist. Daher wird die Reibung noch weiter verringert, im Vergleich zum herkömmlichen Beispiel (in 41), da der Kontaktdruck des Randendabschnitts 13b auf die Oberfläche der Drehwelle 32 durch den synergistischen Effekt verringert wird, dass kein Übermaß vorhanden ist, und die Dichtung den Spaltabschnitt S aufweist.
In den 24 bis 30 ist eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie deutlich aus einem Vergleich mit den voranstehend geschilderten ersten bis dritten Ausführungsformen hervorgeht, unterscheidet sich die vierte Ausführungsform konstruktiv in folgender Art und Weise. Die Erläuterung von Teilen, die mit gleichen Bezugszeichen wie bei den vorherigen Ausführungsformen bezeichnet sind, wird weggelassen, da sie ebenso ausgebildet sind wie bei den vorherigen Ausführungsformen.
Wie in 24 gezeigt, sind die Konstruktion und die Abmessungen des Endeckabschnitts 27 des Randendabschnitts 13b so gewählt, dass der Endeckabschnitt 27 geradlinig ohne Übermaß die Drehwelle 32 (deren Umfangsoberfläche) berührt, oder geringfügig von dieser beabstandet ist, im nicht druckbeaufschlagten Zustand. Das Übermaß entspricht dem Bezugszeichen G des herkömmlichen Beispiels in 42, und "ohne Übermaß" bedeutet G=0, und "geringfügig getrennt von" bedeutet G<0.
Weiterhin ist die Metallstütze 12 zwischen dem ersten Dichtungselement 7 und dem Dichtungsteil 5 so angeordnet, dass sie an eine entgegengesetzte Seite zur Fluidaufbewahrungskammer oder dem inneren Abschnitt des inneren Randabdeckabschnitts 5b des Dichtungsteils 5, des kurzen Zylinderabschnitts 13a, und des Randendabschnitts 13b angepasst, und diese haltert.
Wie in den 24 und 25 gezeigt, weist der Randendabschnitt 13b einen Schrägstellwinkel von 10° bis 45° zur Achse L der Drehwelle 32 auf, und weist die Metallstütze 12, entsprechend dem Randendabschnitt 13b, eine Aufnahmeschrägfläche A an ihrem Ende auf, die einen Schrägstellwinkel θ von 10° bis 45° zur Achse L aufweist.
Konkret besteht die Metallstütze 12, deren Querschnitt im Wesentlichen L-förmig ist, aus einem flachen Plattenabschnitt 15 im rechten Winkel zur Achse L, und einem Zylinderabschnitt 16 eines kurzen Zylinders, dessen Zentrum die Achse L darstellt. Ein Endabschnitt 16a (an der Seite der Fluidaufbewahrungskammer 33) des Zylinderabschnitts 16 ist um den voranstehend erwähnten Schrägstellwinkel θ an einem gebogenen Abschnitt 17 abgebogen, so dass der Durchmesser zum Ende hin allmählich abnimmt, und eine Umfangsoberfläche des Endabschnitts 16a bildet die voranstehend erwähnten Aufnahmeschrägfläche A.
Der gebogene Abschnitt 17 entspricht dem kurzen Zylinderabschnitt 13a des Dichtungsteils 5 und einer abgebogenen, inneren Ecke des Randendabschnitts 13b und passt eng zu diesen. Wie in 25B gezeigt, ist es vorzuziehen, eine R-förmige Fase 20 auf einem Endeckabschnitt der Aufnahmeschrägfläche A der Metallstütze 12 vorzusehen. Dies bedeutet, dass ein Endeckabschnitt der Metallstütze 12 wirksam daran gehindert wird, sich in den Randendabschnitt 13b des Randabschnitts 13 einzugraben, wodurch Risse in dem Randendabschnitt 13b verursacht würden.
Weiterhin wird, wie in 24 gezeigt, die äußere Umhüllung 1 vorher mit dem Dichtungsteil 5 aus Gummi durch einen Kleber und dergleichen vereinigt. Die Metallstütze 12, das erste Dichtungselement 7, die erste, innere Umhüllung 9, die Beilagscheibe 10, das zweite Dichtungselement 8, und die zweite, innere Umhüllung 11 werden aufeinander folgend an der äußeren Umhüllung 1 geradlinig (im Zylinderzustand) angebracht, in welchem der innere Randabschnitt 3 nicht vorhanden ist. Dann wird der innere Randabschnitt 3 durch Bördeln hergestellt, und sind sämtliche Teile vereinigt.
Die Metallstütze 12, die erste, innere Umhüllung 9, die zweite, innere Umhüllung 11, die Beilagscheibe 10, und die äußere Umhüllung 1 sind aus Metall wie beispielsweise Stahl hergestellt. Das erste Dichtungselement 7 und das zweite Dichtungselement 8 sind aus einem Fluorharz wie beispielsweise PTFE hergestellt. Weiterhin besteht das Dichtungsteil 5 unter Berücksichtigung der Standfestigkeit in Bezug auf ein Kühlmittel aus HNBR, dessen JIS-Härte vorzugsweise auf 87 bis 96 eingestellt ist (durch die Zusammensetzung des HNBR), um eine Verformung zu verhindern, wenn auf die Dichtung Druck einwirkt. Das Dichtungsteil wird stark verformt, wenn die JIS-Härte niedriger ist als 87, und weist eine etwas schlechtere Elastizität auf, wenn die JIS-Härte höher ist als 96.
In Bezug auf die Dichtungswirkung berührt, wie in 27A gezeigt ist, im angebrachten Zustand, bevor die Fluidaufbewahrungskammer unter Druck gesetzt wird, der Endeckabschnitt 27 geradlinig die Umfangsoberfläche der Drehwelle 32 ohne Übermaß, oder ist geringfügig von dieser getrennt. Wie in 27B gezeigt, wirkt eine Selbstabdichtungskraft F₄ auf den Endeckabschnitt 27 zur Umfangsoberfläche der Drehwelle 32 ein, durch einen Druck P, der auf den Randabschnitt 13 im druckbeaufschlagten Zustand der Fluidaufbewahrungskammer 33 einwirkt, und berührt daher der Endeckabschnitt 27 geradlinig die Drehwelle 32. Weiterhin wird die Anzugskraft (F₁₁) auf die Umfangsoberfläche der Drehwelle 32 nicht erzeugt (oder nur minimal hervorgerufen), da der Übermaßabschnitt (46) des herkömmlichen Beispiels (in 42) nicht vorhanden ist, und ist die Kraft, die auf die Position des Randendabschnitts 13b (von dessen Endeckabschnitt 27) der Drehwelle 32 einwirkt, kleiner als jene beim herkömmlichen Beispiel (in 42), in Bezug auf die Anzugskraft (F₁₁). Daher wird die auf die Drehwelle 32 einwirkende Kraft klein, so dass ein Abrieb des Randendabschnitts 13b verringert wird (durch Abnahme des Berührungsdrucks). Insbesondere in jenem Fall, in welchem Kühlmittel unter hohem Druck (beispielsweise CO₂) verwendet werden, wird eine wirksame Dichtung erzielt, wenn die Drehwelle 32 ortsfest ist, da die Dichtung dauernd unter Druck gesetzt wird, und kein Unterdruck erzeugt wird.
Weiterhin wird der Randendabschnitt 13b durch die Aufnahmeschrägfläche A der Metallstütze 12 von der Rückseite (Innenseite) aufgenommen (gehaltert), und wird eine Verformung verhindert, wenn ein Druck P auf den Randendabschnitt 13b der Seite der Fluidaufbewahrungskammer 33 (wie in 2 gezeigt) einwirkt, und wird ein gutes Dichtungsvermögen des Randendabschnitts 13b unter hohem Druck aufrechterhalten.
Wie voranstehend geschildert, ist die Aufnahmeschrägfläche A, deren Schrägstellwinkel θ von 10° ≤ θ ≤ 45° zur Achse L ist, auf der Metallstütze 12 vorgesehen, so dass er annähernd dem Schrägstellwinkel des Randendabschnitts 13b zum Haltern (Abstützen) des Randendabschnitts 13b auf sichere Weise gegenüber der entgegengesetzten Seite (Rückseite) entspricht, und wird eine Verformung bei Druckaufnahme (vgl. die Bezugszeichen P) verhindert. Die Wellendichtung weist ein hervorragendes Abdichtungsvermögen auf, und zwar dadurch, dass der Schrägstellwinkel des Randendabschnitts 13b auf 10° bis 45° gehalten wird.
26 zeigt eine Abänderung der vierten Ausführungsform, bei welcher der Abstützring 45, der für herkömmliche Öldichtungen vorgeschlagen wurde, und in der japanischen Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 2-47311 beschrieben wird, beim Haltern des Randabschnitts 13 des Dichtungsteils 5 aus Gummi eingesetzt wird. Dies bedeutet, dass das Ende 45a des Abstützrings 45 um 90° abgebogen ist. Weiterhin ist das Übermaß des Endeckabschnitts 27 auf 0 eingestellt (oder negativ, was eine geringfügige Trennung bedeutet).
Wie in 24 und 27A gezeigt ist, beträgt eine Entfernung δ, zwischen dem Endeckabschnitt 27 des Randendabschnitts 13b und der Drehwelle 32 im nicht druckbeaufschlagten Zustand, vorzugsweise weniger als 7 einer Außendurchmesserabmessung D der Drehwelle 32, um einen Abrieb des Endeckabschnitts 27 des Randendabschnitts 13b zu verhindern, und eine hervorragende Abdichtungsfähigkeit zu erzielen. Falls die Entfernung δ mehr als 7 % der Abmessung D beträgt, berührt der Randendabschnitt 13b nicht ausreichend die Drehwelle 32, wenn der Randabschnitt 13 dem Druck P ausgesetzt ist (vgl. 27B), tritt ein Leck des Fluids auf, und lässt sich keine sichere Abdichtung erwarten.
Die 28 und 29 zeigen noch eine andere Abänderung der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie deutlich aus einem Vergleich mit 24 und 25 hervorgeht, unterscheidet sich die Abänderung konstruktiv folgendermaßen.
Das erste Dichtungselement 7 in 24 ist weggelassen, das Dichtungselement E besteht nur aus dem zweiten Dichtungselement 8, und die Metallstütze 12 weist eine Abmessung T in der Dicke auf, die dazu ausreicht, das Fehlen des ersten Dichtungselements 7 zu kompensieren. Weiterhin ist die Aufnahmeschrägfläche A eine Endoberfläche der Metallstütze 12 (von welcher der gebogene Abschnitt 17 in 24 weggelassen wurde), die dazu ausgebildet ist, sich eng an die Seite der entgegengesetzten Oberfläche (der rückwärtigen Oberfläche) des Randabschnitts 13 des Dichtungsteils 5 anzupassen, und diese zu haltern.
Der Schrägstellwinkel θ der Aufnahmeschrägfläche A zur Achse L der Drehwelle ist auf innerhalb des Bereiches der voranstehend geschilderten, vierten Ausführungsform eingestellt. Eine Erläuterung anderer Teile, die mit gleichen Bezugszeichen wie bei der vierten Ausführungsform bezeichnet sind, ist weggelassen, da diese Teile die gleiche Konstruktion wie bei der vierten Ausführungsform aufweisen.
30 zeigt noch eine andere Abänderung der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie deutlich aus einem Vergleich mit den 27 und 29 hervorgeht, unterscheidet sich die Abänderung konstruktiv auf folgende Art und Weise.
Wie in 30A gezeigt, ist im nicht druckbeaufschlagten Zustand die Dichtung an der Drehwelle 32 angebracht, weist die Metallstütze 12 eine Aufnahmeschrägfläche A auf, die an die Seite der entgegengesetzten Oberfläche (der rückwärtigen Oberfläche) des Randabschnitts 13 (von dessen Randendabschnitt 13b) angepasst ist und diese haltert, und weist einen Spaltabschnitt P zwischen der Seite der entgegengesetzten Oberfläche (der rückwärtigen Oberfläche) des Randabschnitts 13 (dessen kurzem Zylinderabschnitt 13a) und dem Zylinderabschnitt 16 der Metallstütze 12 auf.
Wie in 30B gezeigt, wird bei Betrieb unter Druck der Randabschnitt 13 (dessen kurzer Zylinderabschnitt 13a) elastisch so verformt, dass er in den Spaltabschnitt S hineingelangt, infolge des Drucks P, der an der Seite der Fluidaufbewahrungskammer 33 einwirkt.
In diesem Fall wird der Randendabschnitt 13b des Randabschnitts 13 entlang der Aufnahmeschrägfläche A in Trennrichtung von der Drehwelle 32 abgezogen. Dies bedeutet, dass eine Zugkraft F₁ auf den Endeckabschnitt 27 des Randendabschnitts 13b in Trennrichtung von der Drehwelle 32 aus einwirkt.
Wie voranstehend geschildert, wirkt die Zugkraft F₁ auf den Endeckabschnitt 27 des Randendabschnitts 13b in Trennrichtung von der Drehwelle 32 ein. Weiterhin wirkt (wie voranstehend geschildert) die Selbstabdichtungskraft F₄ auf den Endeckabschnitt 27 ein. Daher wirkt eine Gesamtkraft F₅ (= F₃ + F₄ – F₁) auf die Umfangsoberfläche der Drehwelle 32 ein.
Daher wird im Vergleich zu jenem Fall (bei welchem der Spaltabschnitt S nicht vorhanden ist), der in 27 gezeigt ist, die auf die Drehwelle 32 einwirkende Kraft gering (in Bezug auf die Zugkraft F₁), und wird der Abrieb des Randendabschnitts 13b weiter verringert. Darüber hinaus wird der Abrieb im Vergleich zum herkömmlichen Beispiel (in 42) noch weiter verringert, da die auf die Oberfläche der Drehwelle 32 einwirkende Kraft durch den synergistischen Effekt infolge der Tatsache verringert wird, dass der Übermaßabschnitt (46) (das Übermaß G) bei dem herkömmlichen Beispiel (in 42) nicht vorhanden ist, und die Dichtung den Spaltabschnitt S aufweist (für die Zugkraft F₁₁ und die Zugkraft F₁).
Weiterhin betreffen die 31, 32, 33, 39 und 40 eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie deutlich aus einem Vergleich mit der ersten bis vierten bevorzugten Ausführungsform hervorgeht, unterscheidet sich konstruktiv die fünfte bevorzugte Ausführungsform in folgender Hinsicht. Eine Erläuterung jener Teile, die mit den gleichen Bezugszeichen wie bei den vorherigen, bevorzugten Ausführungsformen bezeichnet sind, ist weggelassen, da diese Teile ebenso ausgebildet sind wie bei den vorherigen, bevorzugten Ausführungsformen.
Hierbei ist, wie in 31 gezeigt, ein Gasabschirmteil 51, welches Kühlmittelgas (CO₂) abschirmt, welches Dichtungsabschnitte 53 durchdringt, die das Dichtungselement E und das Dichtungsteil 5 aus Gummi bilden, anstatt der Metallstütze 12 angebracht. Weiterhin besteht in 31 das Dichtungselement E nur aus einem Dichtungselement 7.
Konkret ist eine kreisförmige dünne Metallplatte 54 als das Gasabschirmteil 51 zwischen zwei benachbarten Dichtungsabschnitten 53 (des (ersten) Dichtungselements 7 und des Dichtungselements 5 aus Gummi) angeordnet, mit Ausnahme eines Gleitabschnitts 52, der auf der Drehwelle 32 gleitet. Die dünne Metallplatte 54 ist eng an die Innenumfangsoberfläche des Dichtungsteils 5 praktisch vollständig angepasst, nur mit Ausnahme des Gleitabschnitts 52 des Randendabschnitts 13b. Hierbei wird die dünne Metallplatte 54 vorher so ausgebildet, dass sie eng an die Innenumfangsoberfläche des Randabschnitts 13 in dessen freiem Zustand passt, bevor die Dichtung angebracht wird, wie in 32 gezeigt ist, und drückt ein Endabschnitt der dünnen Metallplatte 54 den Randabschnitt 13 an die Umfangsseite mit einer geringen Kraft, wenn der Randabschnitt 13 etwas angehoben wird. Daher bleibt die dünne Metallplatte 54 eng angepasst an die Innenumfangsoberfläche des Randabschnitts 13 in jenem Zustand, in welchem die Dichtung an der Drehwelle 32 angebracht ist. Die dünne Metallplatte 54 wird zwischen den beiden Dichtungsabschnitten 53 durch die Kraft beider Dichtungsabschnitte 53 (des (ersten) Dichtungselements 7 und des Dichtungsteils 5 aus Gummi) gehalten, die gegeneinander drücken. Weiterhin dient die dünne Metallplatte 54 auch zum Haltern des Dichtungsabschnitts 53 (des Dichtungsteils 5 aus Gummi). Weiterhin kann die dünne Metallplatte 54 durch einen Kleber an dem Dichtungsabschnitt 53 (dem Dichtungsteil 5 aus Gummi) angebracht werden.
Kohlendioxid, das als das Kühlmittel in dem Kompressor eingesetzt wird, weist ein beträchtlich hohes Durchdringungsvermögen für Gummi und Harz auf, Materialien für den Dichtungsabschnitt 53. Zu diesem Zweck sperrt die dünne Metallplatte 54 einen Durchgang des Kühlmittelgases ab, welches Gummi und Harz durchdringen kann (einschließlich des Durchgangs von Gas durch die Dichtungsabschnitte 53), praktisch vollständig, um eine Abschirmung zwischen einer Innenseite und einer Atmosphärenseite (Außenseite) eines Gehäuses 31 zu bewirken. Dies bedeutet, dass das Kühlmittelgas in dem Gehäuse 31 hauptsächlich durch die dünne Metallplatte 54 abgeschirmt wird, um die Dichtungseigenschaften der Dichtung zu verbessern. Die dünne Metallplatte 54 ist flexibel, damit sie nicht die Elastizität des Dichtungsabschnitts 53 (des Dichtungsteils 5 aus Gummi) beeinträchtigt, und kann sich entlang dem Dichtungsabschnitt 53 (dem Dichtungsteil 5 aus Gummi) verformen, um den Passsitz aufrechtzuerhalten.
Die dünne Metallplatte 54 unterscheidet sich von der Metallstütze 12 in Bezug auf die Pass- und Halteeigenschaften zum Dichtungsabschnitt 53 (dem Dichtungsteil 5 aus Gummi) hin, die durch eine unterschiedliche Dicke hervorgerufen werden. Im angebrachten Zustand der Dichtung kann sich die dünne Metallplatte 54 elastisch entlang dem Dichtungsabschnitt 53 (dem Dichtungsteil 5 aus Gummi) verformen, wobei der Passsitz beibehalten bleibt, da die Platte 54 dünn ist, wogegen die relativ dicke und starre Metallstütze 12, die sich nicht elastisch entlang dem Dichtungsabschnitt 53 verformen kann, um den Passsitz zum Dichtungsabschnitt 53 aufrechtzuerhalten, von dem Dichtungsabschnitt 53 trennt.
Die Dicke der dünnen Metallplatte 54 beträgt beispielsweise etwa 0,1 mm bis 0,5 mm. Bei dieser Dicke kann die dünne Metallplatte 54 auf das Dichtungsteil 5 aus Gummi mit sehr geringer Kraft drücken und sich hieran anpassen, und sich elastisch entsprechend der elastischen Verformung des Dichtungsteils 5 aus Gummi verformen, welches die Umfangsoberfläche der Drehwelle 32 berührt, und entsprechend dem Befestigungszustand der dünnen Metallplatte 54 und des Dichtungsteils 5. Die Dicke der dünnen Metallplatte 54 kann auf andere Werte eingestellt werden, innerhalb eines Bereiches, bei welchem die voranstehend geschilderten Eigenschaften (die Befestigungs- und Haltefähigkeiten) erzielt werden. Obwohl die Werte durch die Art des Metalls beeinflusst werden, aus welchem die dünne Metallplatte 54 besteht, lässt sich ein bestimmter Effekt bei einer Dicke von weniger als 0,6 mm erwarten. Insbesondere lässt sich ein beträchtlicher Effekt bei einer Dicke von weniger als 0,4 mm erwarten, und ein deutlicher Effekt bei einer Dicke von weniger als 0,2 mm. Die Dicke ist natürlich nicht auf diese Werte beschränkt.
Das Material der dünnen Metallplatte 54 ist beispielsweise Eisen bei der vorliegenden Ausführungsform, wogegen auch Edelstahl und Aluminium verwendet werden können. Als andere Metalle können in weitem Ausmaß übliche Metalle verwendet werden, die in der Industrie eingesetzt werden, nämlich Kupfer, Nickel, Zink, Blei, Zinn, usw.
Die Drehwelle gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die mit der dünnen Metallplatte 54 versehen war, wurde mit einer anderen Vergleichs-Drehwelle verglichen, die nicht mit der dünnen Metallplatte 54 versehen war, in Bezug auf die Auswirkungen in Bezug auf die Einschränkung eines Gaslecks, und hierbei wurde das in dem Diagramm von 33 dargestellte Ergebnis erzielt. Kohlenmonoxid wurde als das Kühlmittel verwendet, und das Ausmaß des Lecks des Kühlmittelgases von einem Ort zwischen der Drehwelle 32 und dem Gehäuse 31 wurde bei dem Kompressor bei jeder Dichtung gemessen. Wie in dem Diagramm von 33 gezeigt, wird das Ausmaß eines Gaslecks der Dichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf 1/20 jenes bei der Vergleichs-Wellendichtung verringert.
Daher werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform die folgenden Auswirkungen erzielt.

(1) Ein Leck des Kühlmittelgases wird auf ein sehr geringes Ausmaß verringert, wenn das Kühlmittel Kohlendioxid ist, das eine hohe Durchdringungsfähigkeit für Gummi und Harz aufweist, also das Material der Dichtungsabschnitte 53, da die dünne Metallplatte 54 eng an die Oberfläche des Dichtungsabschnitts 53 (des Dichtungsteils 5 aus Gummi) angepasst ist, um praktisch vollständig einen Durchgang des Gases abzuschirmen (über die Befestigungsfläche der Dichtung). Daher werden ein früher Mangel an Kühlmittel in dem Kompressor und eine Beeinträchtigung der Kühlwirkung infolge des Mangels an Kühlmittel verhindert.
(2) Der Durchgang von Gas wird stärker gesperrt, so dass das Abdichtungsvermögen verbessert wird, da die dünne Metallplatte 54 an den Dichtungsabschnitt 53 (das Dichtungsteil 5 aus Gummi) angepasst ist, der eine große Fläche abdeckt, in Bezug auf den Endabschnitt des Randabschnitts 13 mit Ausnahme des Gleitabschnitts 52. Wenn sich der Dichtungsabschnitt 53 (das Dichtungsteil 5 aus Gummi) von der dünnen Metallplatte 54 im mittleren Abschnitt trennt, entsteht kein Leck für Kohlenmonoxid, da die dünne Metallplatte an den Dichtungsabschnitt 53 (das Dichtungsteil 5 aus Gummi) selbst in der Nähe des Endabschnitts angepasst ist.
(3) Die Erzeugung von Spalten zwischen der dünnen Metallplatte 54 und dem Dichtungsabschnitt 53 (dem Dichtungsteil 5 aus Gummi) wird begrenzt, und der Durchgang eines Gaslecks wird durch die dünne Metallplatte 54 gesperrt, die sandwichartig zwischen den beiden Dichtungsabschnitten 53 (dem (ersten) Dichtungselement 7 und dem Dichtungsteil 5 aus Gummi) angeordnet ist, und es wird ein hohes Dichtungsvermögen erzielt.
(4) Die dünne Metallplatte 54, die auch als die Metallstütze 12 dient, trägt zur Verbesserung des Dichtungsvermögens des Dichtungsabschnitts 53 (des Dichtungsteils 5 aus Gummi) bei.
(5) Wenn die dünne Metallplatte 54 an der Oberfläche des Dichtungsabschnitts 53 (des Dichtungsteils 5 aus Gummi) mit einem Kleber befestigt ist, werden keine Spalte zwischen der dünnen Metallplatte 54 und dem Dichtungsabschnitt 53 (dem Dichtungsteil 5 aus Gummi) hervorgerufen, und wird hierdurch das Dichtungsvermögen verbessert.

In 34 ist eine Drehwelle nicht gemäß der Erfindung gezeigt. Gleiche Teile bei der fünften bevorzugten Ausführungsform sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und auf deren Erläuterung wird verzichtet.
Hierbei ist die dünne Metallplatte 54, kürzer als die dünne Metallplatte 54 der voranstehend geschilderten Ausführungsform (gezeigt in 31) nur in einem Grenzbereich der beiden Dichtungsabschnitte 53 (des (ersten) Dichtungselements 7 und des Dichtungsteils 5 aus Gummi) vorhanden. Dies dient dazu, zu verhindern, dass die Steifigkeit der dünnen Metallplatte 54 die Elastizität des Randabschnitts 13 beeinträchtigt. Der Randabschnitt 13 kann sich elastisch zu einer geeigneten Konfiguration zum Abdichten verformen, wenn der Randabschnitt 13 die Umfangsoberfläche der Drehwelle 32 berührt, und der Gleitabschnitt 52 wird fest in Kontakt mit der Umfangsoberfläche der Drehwelle 32 gedrückt.
Daher wird bei der in 34 gezeigten Drehwelle die folgende Auswirkung erzielt.

(6) Im Vergleich zur voranstehend geschilderten Ausführungsform wird das Abdichtungsvermögen am Gleitabschnitt 52 des Randendabschnitts 13b vergrößert, obwohl ein Gasleck mittels Durchdringen etwas schlechter verhindert wird als bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform.

In 35 ist eine Drehwelle nicht gemäß der Erfindung gezeigt, und in 36 ebenfalls eine Drehwelle nicht gemäß der Erfindung. Hierbei sind Dichtungen unterschiedlicher Arten im Vergleich zu den voranstehend geschilderten Ausführungsformen dargestellt.
Wie in 35 gezeigt, ist dort die Dichtung mit einem Dichtungsteil 55 aus Gummi als Dichtungsabschnitt 53 versehen. Die Ausbildung des Dichtungsteils 55 aus Gummi wird kreisförmig durch eine Metallhalterung 56 gehalten, die in das Dichtungsteil 55 eingebettet ist. Das Dichtungsteil 55 aus Gummi weist einen Dichtungsrandabschnitt 57 auf, der sich zu einer Innenumfangsseite erstreckt. Der Dichtungsrandabschnitt 57 wird gegen die Drehwelle 32 durch die Andruckkraft einer Ringfeder 58 gedrückt, die an einer rückwärtigen Oberfläche (Außenumfangsoberfläche) des Dichtungsrandabschnitts 57 angebracht ist, und ein Gleitabschnitt 59 des Dichtungsrandabschnitts 57 wird gegen die Umfangsoberfläche der Drehwelle 32 angedrückt.
Wie in 36 gezeigt, ist diese Dichtung mit einem Dichtungsteil 55 aus Gummi als Dichtungsabschnitt 53 versehen. Die Ausbildung des Dichtungsteils 55 aus Gummi wird kreisförmig durch eine Metallhalterung 56 gehalten, die in das Dichtungsteil 55 eingebettet ist. Das Dichtungsteil 55 aus Gummi weist einen Dichtungsrandabschnitt 57 auf, der sich zur Innenumfangsseite hin erstreckt. Der Dichtungsrandabschnitt 57 ist nicht mit der Ringfeder 58 gemäß 35 versehen, und der Gleitabschnitt 59 wird an die Drehwelle 32 durch die Elastizitätskraft des Gummis angedrückt.
Bei beiden Arten, die in den 35 und 36 gezeigt sind, ist der Dichtungsrandabschnitt 57 vollständig mit einem Metallfilm 60 als Gasabschirmteil 51 abgedeckt, mit Ausnahme des Gleitabschnitts 59. Der Metallfilm 60 sperrt, zum gleichen Zweck wie bei den vorherigen Ausführungsformen, den Durchgang des Kühlmittelgases (einschließlich von Durchlasskanälen in dem Gummi), und stellt eine praktisch vollständige Abdeckung für den Durchgang des Gases dar.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Metallfilm 60 ein aufgedampfter Metallfilm. Der Metallfilm 60 ist nicht auf einen aufgedampften Metallfilm beschränkt, und kann durch andere Filmherstellungsverfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Plattieren (stromloses Plattieren). Hierbei ist das Material des Metallfilms 60 beispielsweise Gold, wobei ein Goldverdampfungsfilm hergestellt wird. Andere Metalle, mit welchen ein dünner Metallfilm hergestellt werden kann, können eingesetzt werden, beispielsweise Eisen, Edelstahl, Aluminium, Nickel, Zinn, Silber, Kupfer, usw. Die Dicke des Metallfilms 60, bei welcher der Durchgang des Gases unterbrochen wird, beträgt beispielsweise etwa 10 bis 100 μm.
Bei den in den 35 und 36 gezeigten Drehwellen werden daher folgende Auswirkungen erzielt.

(7) Ein großer Bereich für den Durchgang des Gases, einschließlich in der Nähe des Gleitabschnitts 59, wird abgesperrt, da die Oberfläche des Dichtungsteils 55 aus Gummi mit dem Metallfilm 50 abgedeckt ist. Darüber hinaus wird die Elastizität des Dichtungsrandabschnitts 57 kaum durch den Metallfilm 60 beeinträchtigt, dessen Dicke kleiner ist als jene der dünnen Metallplatte 54 bei den vorherigen Ausführungsformen. Weiterhin wird die Flexibilität (die Fähigkeit einer elastischen Verformung) des Dichtungsrandabschnitts 57 sichergestellt, und wird hierdurch das Dichtungsvermögen an den Gleitabschnitten 59 verbessert.

Wie in 37 gezeigt, kann die dünne Metallplatte 54 an der Umfangsoberflächenseite des Dichtungsteils 5 aus Gummi angebracht sein. Wie in 38 gezeigt, kann die dünne Metallplatte 54 an der Innenumfangsoberfläche des (ersten) Dichtungselements 7 (aus Harz) angebracht sein. Auch bei diesen Anordnungen wird ein Leck eines Kühlmittelgases, das ein hohes Durchdringungsvermögen bei Gummi und Harz aufweist, beispielsweise Kohlendioxid, auf einen kleinen Wert begrenzt, da das Kühlmittelgas in dem Gehäuse 31 durch die dünne Metallplatte 54 abgeschirmt wird, die an die Oberfläche des Dichtungsabschnitts 53 angepasst ist, und sich elastisch entlang dem Dichtungsabschnitt 53 verformt. Weiterhin wird der Dichtungsabschnitt 53 durch die dünne Metallplatte 54 (einen Abstützring) aufrechterhalten, welche den Dichtungsabschnitt 53 in 38 haltert. Der Metallfilm 60 kann anstelle der dünnen Metallplatte 54 in den 37 und 38 eingesetzt werden.
Die fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die voranstehend geschilderte Beschreibung begrenzt. Wie in 39 gezeigt, kann der Metallfilm 60, der die Innenumfangsoberfläche des Dichtungsabschnitts 53 (des Dichtungsteils 5 aus Gummi) abdeckt, anstatt der dünnen Metallplatte 54 verwendet werden, die in 31 gezeigt ist. Bei dieser Konstruktion wird Kohlendioxid als das Kühlmittelgas in dem Gehäuse 31 hauptsächlich durch den Metallfilm 60 abgeschirmt, und wird ein Leck des Kühlmittelgases auf sichere Weise auf ein kleines Ausmaß beschränkt. Weiterhin wird das Abdichtungsvermögen an dem Gleitabschnitt 52 nicht beeinträchtigt, da die Elastizität (Flexibilität) des Randendabschnitts 13b des Randabschnitts 13 nicht beeinträchtigt wird.
Weiterhin ist der Dichtungsabschnitt 53, der durch das Gasabschirmteil 51 wie beispielsweise die dünne Metallplatte 54 und den Metallfilm 60 abgedeckt ist, nicht auf jene Konstruktion wie bei den voranstehenden Ausführungsformen beschränkt. So können beispielsweise Oberflächen jedes der beiden Dichtungsabschnitte 53 mit dem Gasabschirmteil 51 abgedeckt sein. Wie beispielsweise in 40 gezeigt, ist die dünne Metallplatte 54 an der inneren Umfangsoberfläche des Dichtungsteils 5 befestigt, da die dünne Metallplatte 54 auch als die Metallstütze 12 dient, und ist der Metallfilm 60 auf der Innenumfangsoberfläche des (ersten) Dichtungselements 7 vorgesehen. Die beiden Gasabschirmteile 51 können die dünne Metallplatte 54 oder der Metallfilm 60 sein. Weiterhin kann das Gasabschirmteil 51 an beiden Seiten sämtlicher Dichtungsabschnitte 53 vorhanden sein, um eine Mehrfachabschirmung des Gases durchzuführen.
Darüber hinaus sind die dünne Metallplatte 54 und der Metallfilm 60 nicht drauf beschränkt, an der Oberfläche des Dichtungsabschnitts 53 angebracht zu sein. So kann beispielsweise die dünne Metallplatte 54 in den Dichtungsabschnitt 53 eingebettet sein. Ein Dichtungsabschnitt 53, bei welchem eine Metallfolie wie beispielsweise Aluminiumfolie (oder Metallblech) laminiert ist, ist einsetzbar. Bei dieser Konstruktion wird eine Langzeitverlässlichkeit sichergestellt, da die Metallfolie zum gesamten Dichtungsabschnitt 53 in Radialrichtung hin verlängerbar ist, und nicht verschleißt, wie die Metallfolie 60, die auf der Oberfläche freiliegt. Weiterhin beeinträchtigt die Metallfolie nicht die Elastizität des Dichtungsabschnitts 53 oder das Dichtungsvermögen am Gleitabschnitt des Dichtungsabschnitts 53.
Weiterhin ist das Material für das Gasabschirmteil 51 nicht auf Metalle beschränkt. Alle anderen Materialien, die das Gas absperren können, das eine hohe Durchlässigkeit in Bezug auf den Dichtungsabschnitt 53 aus Gummi oder Harz aufweist, beispielsweise Kohlendioxid und Ammoniak, können verwendet werden. So kann beispielsweise Keramik eingesetzt werden. In diesem Fall ist es vorzuziehen, einen Keramikfilm auszubilden.
Der Typ der Drehwellendichtung ist nicht auf die voranstehend geschilderten Ausführungsformen beschränkt. Das Dichtungselement E kann aus zwei Dichtungselementen aus Harz bestehen, und mit einem aus Gummi bestehenden Dichtungselement kombiniert sein. In diesem Fall kann das Gasabschirmteil 51 (die dünne Metallplatte 54 oder der Metallfilm 60) an jedem der drei Dichtungselemente angebracht sein.
Weiterhin kann die Drehwellendichtung bei anderen Einrichtungen als einem Kompressor eingesetzt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung können, nicht eingeschränkt auf die voranstehend geschilderten Ausführungsformen, einige der einzelnen Konstruktionen bei der ersten bis fünften Ausführungsform auf verschiedene Arten und Weisen kombiniert werden.
Bei der Drehwellendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen sich ein hervorragendes Dichtungsvermögen und eine hervorragende Standfestigkeit, da die Metallstütze 12 eng an die rückwärtige Oberfläche des Dichtungsteils 5 aus Gummi angepasst ist, und diese sicher haltert, um zu verhindern, dass das Dichtungsteil 5 aus Gummi bei Druckaufnahme verformt wird, und ist die Aufnahmeschrägfläche A eng an die rückwärtige Oberfläche des Randendabschnitts 13b angepasst und haltert diese, um zu verhindern, dass der Randendabschnitt 13b bei Druckaufnahme verformt wird.
Insbesondere wird eine Vergrößerung der Kontaktfläche verhindert, mit welcher das Ende des Randendabschnitts 13b auf der Drehwelle 32 gleitet, werden eine Wärmeerzeugung und Abrieb verhindert, und wird die Lebensdauer der Dichtung verlängert.
Bei einer hohen Härte des Gummis werden die Dichtungsfähigkeit und die Standfestigkeit durch einen synergistischen Effekt mit der Metallstütze 12 verbessert.
Weiterhin wird wirksam verhindert, dass sich der Endeckabschnitt der Metallstütze 12 in die rückwärtige Oberfläche des Randendabschnitts 13b eingräbt, so dass Spalte hervorgerufen würden, wodurch die Lebensdauer des Dichtungsteils 5 verlängert wird.
Weiterhin wird bei der Drehwellendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Verformung des Randendabschnitts 13b insbesondere unter hohem Druck verringert, da der Randendabschnitt 13b durch die Metallstütze 12 und das verstärkende Abdeckmetall 21 verstärkt wird, so dass der Spitzenendabschnitt 14 geradlinig die Drehwelle 32 berührt, um ein hohes Dichtungsvermögen sicherzustellen, und der Abrieb des Randabschnitts verringert wird, was die Standfestigkeit verbessert.
Im Betriebszustand, in welchem der Druck in der Fluidaufbewahrungskammer 33 erhöht ist, wird der Kontaktdruck des Randendabschnitts 13b gegen die Drehwelle 32 verringert, um den Abrieb des Randendabschnitts 13b zu verringern.
Insbesondere wird eine Erhöhung des Kontaktdrucks verhindert, mit welchem das Ende des Randendabschnitts 13b auf der Drehwelle 32 gleitet, werden eine Wärmeerzeugung und Abrieb verhindert, und wird die Lebensdauer der Dichtung verlängert.
Im Betriebszustand, in welchem der Druck in der Fluidaufbewahrungskammer 33 erhöht ist, weist die Dichtung eine hervorragende Standfestigkeit auf, wobei Risse am Grund des Randabschnitts 13 und eine Abschälung (vom Anhaften) des Dichtungsteils 5 aus Gummi (des inneren Randabdeckabschnitts 5b) von der äußeren Umhüllung 1 (dem inneren Randabschnitt 2) kaum auftreten.
Weiterhin wird der Kontaktdruck des Randendabschnitts 13b zur Drehwelle 32 weiter verringert, um den Abrieb des Randendabschnitts 13b zu verringern.
Weiterhin wird bei der Drehwellendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Kraft klein, die auf die Drehwelle 32 im druckbeaufschlagten Zustand der Fluidaufbewahrungskammer 33 einwirkt, und wird der Abrieb des Randendabschnitts 13b verringert, da keine Anzugskraft hervorgerufen wird (oder kaum hervorgerufen wird), wenn die Dichtung an der Drehwelle 32 angebracht ist (im nicht druckbeaufschlagten Zustand).
Insbesondere wird eine Vergrößerung der Kontaktfläche verhindert, mit welcher der Randendabschnitt 13b auf der Drehwelle 32 gleitet, werden die Erzeugung von Wärme und Abrieb verhindert, und wird die Lebensdauer der Dichtung verringert. Dies ist für einen Betriebszustand vorzuziehen, in welchem der Druck in der Fluidaufbewahrungskammer 33 immer positiv ist.
Weiterhin wird gemäß der Drehwellendichtung der vorliegenden Erfindung ein hohes Abdichtungsvermögen gegen ein Gas erzielt, für welches das Material des Dichtungsabschnitts 53 erheblich durchlässig ist, da das Gas hauptsächlich durch das Gasabschirmteil 51 abgeschirmt wird, das an zumindest einem Dichtungsteil 53 annähernd vollständig in Radialrichtung befestigt ist.
Weiterhin werden Gaslecks dadurch verringert, dass der Durchgang von Gas durch zwei Dichtungsabschnitte 53 gesperrt wird, die sandwichartig das Gasabschirmteil 51 einschließen, um den Spalt zu verringern.
Weiterhin ist es nicht erforderlich, den Dichtungsabschnitt 53 mit zahlreichen Behandlungen zu bearbeiten, beispielsweise durch Ausbildung eines Films, da das Gasabschirmteil 51 eine Metallplatte (die dünne Metallplatte 54) ist, und die Konfiguration des Dichtungsteils 53 durch Haltern des Dichtungsabschnitts 53 beibehalten bleibt.
Weiterhin wird bei der Drehwellendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Elastizität (Flexibilität) des Dichtungsabschnitts 53 kaum beeinträchtigt, da das Gasabschirmteil 51, das aus einem Material wie Metall, Keramik usw. besteht, ein Abschirmfilm ist, der den Dichtungsabschnitt 53 abdeckt, und das Dichtungsvermögen des Dichtungsabschnitts 53 in Bezug auf die Umfangsoberfläche der Drehwelle 32 an den Abschirmabschnitten 52 und 59 sichergestellt wird.
Darüber hinaus ist es relativ einfach, in der Praxis den Film herzustellen, und wird ein hohes Widerstandsvermögen gegen den Durchlass von Gas erzielt, da der Abschirmfilm der Metallfilm 60 ist.
Weiterhin ist es nicht erforderlich, den Dichtungsabschnitt 53 mit einer umfangreichen Behandlung zu bearbeiten, beispielsweise durch Ausbildung eines Films, da das Gasabschirmteil 51 das Halterungsteil 12 ist, und die Konfiguration des Dichtungsabschnitts 53 durch das Haltern des Dichtungsabschnitts 53 aufrechterhalten wird.

Claims

Drehwellendichtung, die mit einem Dichtungselement (E) versehen ist, welches eine Drehwelle (32) berührt, und zwischen einem Gehäuse (31) und der Drehwelle (32) angeordnet ist, sowie ein Dichtungsteil (5) aus Gummi, das einen Randendabschnitt (13b) aufweist, der die Drehwelle (32) berührt, und an der Seite einer Fluidaufbewahrungskammer (33) zum Dichtungselement (E) angeordnet ist, mit einer Konstruktion, bei welcher: der Randendabschnitt (13b) einen vorbestimmten Schrägstellwinkel (θ) zur Achse (L) der Drehwelle (32) aufweist; das Dichtungsteil (5) einen zylindrischen Abdeckabschnitt (5a) aufweist, der vereinigt mit dem Randendabschnitt (13b) ausgebildet ist, dessen Umfangsoberfläche so ausgebildet ist, dass sie im freien Zustand gewellt ausgebildet ist, um elastisch eine Innenumfangsoberfläche des Gehäuses (31) für einen Dichtvorgang zu berühren; gekennzeichnet durch: eine Metallstütze (12), die eine Aufnahmeschrägfläche (A) aufweist, welche den vorbestimmten Schrägstellwinkel (θ) zur Achse (L) der Drehwelle (32) aufweist, und eine rückwärtige Oberfläche des Randendabschnitts (13b) haltert, deren Durchmesser zur Seite der Fluidaufbewahrungskammer (33) hin allmählich abnimmt; eine äußere Umhüllung (1), die einen Hohlzylinderabschnitt (4) und innere Randabschnitte (2, 3) aufweist, die an beiden Enden in Längsrichtung des Hohlzylinderabschnitts (4) vorgesehen sind, und aus Metall besteht; wobei die Metallstütze (12) gegen das Dichtungsteil (5) aus Gummi durch Verstemmen des inneren Randabschnitts (3) der äußeren Umhüllung (1) gedrückt wird; und ein Umfangsende der Metallstütze (12) direkt die äußere Umhüllung (1) berührt.
Drehwellendichtung nach Anspruch 1, bei welcher eine Innenumfangsoberfläche des Randendabschnitts (13b) durch die Metallstütze (12) gehaltert wird, eine verstärkende Metallabdeckung (21) an einer Umfangsoberfläche des Randendabschnitts (13b) angebracht ist, und der Randendabschnitt (13b) sandwichartig durch die Metallstütze (12) und die verstärkende Metallabdeckung (21) gehaltert wird.
Drehwellendichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Metallstütze (12) eine rückwärtige Oberfläche eines stehenden Abschnitts (5b) des Dichtungsteils haltert, der in Richtung im rechten Winkel zur Drehwelle (32) steht, und auch eine Innenumfangsoberfläche eines Zylinderabschnitts (13a) des Dichtungsteils haltert, die parallel zur Drehwelle (32) verläuft, wobei der Zylinderabschnitt zwischen dem Randendabschnitt und dem stehenden Abschnitt angeordnet ist; und eine verstärkende Metallabdeckung (21), die ein Teil von einer Umfangsoberfläche des Randendabschnitts (13b) zu einer äußeren Oberfläche des stehenden Abschnitts über eine Umfangsoberfläche des Zylinderabschnitts abdeckt, gleichmäßig an dem Dichtungsteil (5) aus Gummi angebracht ist.
Drehwellendichtung nach Anspruch 1, bei welcher ein Spaltabschnitt (S) zwischen dem Dichtungsteil (5) aus Gummi und einer Metallstütze (12) vorgesehen ist, die so angeordnet ist, dass sie eine rückwärtige Oberfläche des Dichtungsteils (5) aus Gummi haltert, sich das Dichtungsteil (5) aus Gummi elastisch verformt, um in den Spaltabschnitt (S) hineinzugelangen, begleitet von einer Druckerhöhung der Fluidaufbewahrungskammer (33), und der Randendabschnitt (13b) in Richtung der Trennung von der Drehwelle (32) eingezogen wird.
Drehwellendichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei welcher das Umfangsende der Metallstütze direkt die Innenoberfläche des Hohlzylinderabschnitts der äußeren Umhüllung berührt.