JP2001508858A - クランクシャフトのためのスライドリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、クランクシャフト（２）に配置された固定されたピストンリング（７）と、ロータハウジング（３）に取り付けられた固定されたカウンターリング（８）とを備え、内燃エンジン内のモータハウジング（３）の出口ポイントに設けられた、クランクシャフト（２）のためのピストンリングタイプのシール（１）に関する。ピストンリング（７）は軸方向に変位でき、更に弾性手段によってカウンターリング（８）の方向に押圧できる。クランクシャフト（２）が回転する際に、ピストンリング（７）のシール面とカウンターリング（８）のシール面との間に空気クッションを発生できるよう、ピストンリング（７）のシール面および／またはカウンターリング（８）のシール面に溝が配置されている。本発明は、ガスが潤滑されたピストンリングタイプのシールを製造するための、特に安価な方法にも関する。

Description

【発明の詳細な説明】 クランクシャフトのためのスライドリング 本発明は、クランクシャフトと共に回転するよう、このクランクシャフトに固 定されたスライドリング、およびエンジンのハウジングと共に回転するよう、こ のエンジンのハウジングに固定されたカウンターリングを有し、前記スライドリ ングは軸方向に変位自在であり、スプリング手段によってカウンターリングに押 圧された、内燃エンジンのハウジングから突出するクランクシャフトのためのス ライドリングシール、およびかかるスライドリングシールを製造するための方法 に関する。更にスライドリングは、エンジンのハウジングに回転自在に固定でき 、かつカウンターリングは、クランクシャフトに回転自在に取り付けできる。 通常、クランクシャフトがリングパッキングまたはリップシールによりエンジ ンのハウジングから突出している場合、クランクシャフトはシールされる。 このタイプのシールは摩擦状態で作動するので、かなりの摩耗を生じる。更に 、リングパッキングまたはリップシールが摩耗すると、エンジンのハウジングか らエンジンオイルが漏洩する。かかるオイルの漏洩は、環境の観点から好ましく なく、またかかるシールは摩擦を生じて、抗力を生じるので、かなりのエネルギ ーが失われる。 ドイツ国特許第2,831,878号は、スライドリングシールにより、ピストンタイ プの内燃エンジンのクランクケースから突出するクランクシャフトをシールし、 よって摩擦による損失を低減することを示唆している。 シールを、オイルによって潤滑された状態に維持しなければならないので、こ のようにしても、かなりの損失がある。従って、２つのシールリングのスライド 面の間にオイル膜が形成され、これによってわずかであるとは言えない量の損失 が生じ、わずかな量のオイルの漏洩が生じる。 ドイツ国特許第3,722,110号は、スプリットチューブポンプ上の補助シールと して、ガス潤滑されたスライドリングを使用することを提案している。メインシ ールの故障時に、このメインシールに代わって、搬送流体のシールを一時的に引 き継がなければならないこのようなシールを用いる場合、スライドリングのシー ル面にエントレインメント溝が形成され、この溝は、シールの使用時に２つのリ ン グのシール面の間のシールギャップにおけるガスクッションを形成するようにな っている。 ドイツ国特許第8900525号からも、ガス潤滑されたスライドリングシールが公 知となっている。このスライドリングシールは、壁を貫通して突出する回転シャ フトをシールするようになっている。従って、シール媒体はガス状である。ガス 潤滑されたスライドリングシールの主な用途は、高圧（２００バールまで）また は高温（２００℃まで）のガスを用いるコンプレッサのシールにある。 上記用途では、ガス潤滑されたスライドリングシールが知られているが、この スライドリングシールは、クランクシャフトが内燃エンジンのハウジングから突 出している場所で、液体媒体または液体とガスの混合物をシールする上で、恒久 的に使用するのに使用することはできないようである。 このスライドリングシールは、従来、純粋にガス状の媒体のために長時間にわ たり使用されるか、または液体をシールする短期間の使用に限り使用されている 。更に、ＳｉＣまたはＷＣのような高価な材料を使ったり、溝を数ミクロンの深 さに製造しなければならないので、かかるガス潤滑されたスライドリングシール を製造するのは極めて高価につく。また、これらタイプのシールは、内燃エンジ ンのクランクシャフトには使用できないようである。 本発明の目的は、摩擦のない状態で使用して、損失が小さく、寿命が長く、エ ンジンハウジングからのエンジンオイルの漏れを確実に防止できる、製造が容易 で、小型で、安価な上記タイプのシールを提供することにある。 この目的は、スライドリングのシール面、またはカウンターリングのシール面 に、クランクシャフトが回転する際に、２つのリング、およびの面ととの間に空 気クッションを形成する溝を設けるという、本発明により達成される。 かかるスライドシールリングの顕著な利点は、使用時に、空気またはガスのク ッションで満たされるようなシールギャップが、スライドリングとカウンターリ ングの協働するシール面の間に形成されることである。このシールは、接触また は摩擦を生じることなく作動する。その結果、摩擦が大幅に低減され、それに対 応して、有効寿命も長くなるだけでなく、摩擦による損失もかなり低減される。 エンジンの始動時および停止時に限り、最小ＲＰＭ以下で、一時的に摩擦が小 さくなる。このような簡単な構造および組み立てにより、シールリングは製造が 安価であり、使用が容易である。 内燃エンジンのハウジングの出口ポイントでクランクシャフトをシールすうた めに、本発明に係わるスライドリングシールを使用することにより、エンジンが 作動している時だけでなく、エンジンが停止している時でも、エンジンハウジン グからのオイル漏れを、効果的にブロックできる。 ２つのスライドリングのシール面の間の空間における空気クッションにより、 使用中にシール効果が発生するが、エンジンが停止している時は、２つのスライ ドリングの２つのシール面は互いに直接当接する。そのため、作動中でも停止中 でも、エンジンから外部の環境へオイルが漏れることはない。軸方向に移動自在 なスライドリングが、スプリングによってカウンターリング側に押圧されており 、使用中は、発生された空気クッションにより、スプリング手段に抗して軸方向 に変位される。このスライドリングのシールは、標準的なリングパッキング、ま たはリップシールよりも大きな空間を占めないよう、小型に製造できる。 溝が、内周部より、シール面の外周面、またはスライドリングの全外周部にわ たり、このスライドリングの外周部から離間した直径部まで延びていると、エン ジンを使用していない時に、カウンターリングおよびシールのシール面にダムが 生じるので、特に有利である。 溝が螺旋状に延びていると、更に好ましい。このようにすると、使用中は、外 側エッジのオイル、またはオイルミストがシールギャップに進入しないよう、空 気を内周部から外側に導くというポンプ効果が得られる。 場合により、パルス状にもなり得るエンジン内の過剰圧よりもこのポンプ圧が 高くなるよう、螺旋溝をクランクシャフトの回転方向に設ける。更に、この溝は 、ポンプ効果がクランクシャフトの回転方向と無関係になるようにも形成できる 。 好ましい実施例では、特に深く引き延ばされた板金部品として形成された、予 め製造されたアセンブリとしてシールリング、およびスプリング手段をシールハ ウジング内に形成する。これと共に、軸方向にスライド可能なスライドリングと シールハウジングとをシールするＯリングを介して、スプリング手段がスライド リングと係合できることが好ましい。この場合、シールハウジングは、スライド リング、スプリング手段およびＯリングと共に、予め製造されたアセンブリを形 成する。 スライドリングを、合成炭素質材料、特にプラスチックで含浸したグラファイ トから製造するか、またはカウンターリングを、アルミニウムまたは金属、特に グラスファイバーで補強したポリアミドから製造すると、特に有利な材料の組み 合わせが得られる。 カウンターリングのスライド面は、表面処理、特に硬化処理のために、イオン 打ち込み装置によって、窒素またはアルゴンで処理することが好ましい。これと は異なり、スライドリングも、プラスチックまたは金属材料から製造できる。 クランクシャフトの出口部分において、エンジンハウジングを閉じるためのカ バーにカウンターリングを一体化すると、スライドリングシールを、特に簡単か つ容易に組み立てることができる。 公知のガスで潤滑されたスライドリングシールでは、材料を除去するような機 械加工、例えば研削、エッチングまたはレーザー処理によって、シール面に溝が 形成されるが、このような製造方法は、極めてコストが高くつく。 スライド面に溝のない、標準的な液体で潤滑されたスライドリングシールでは 、スライドリングを、いわゆるＰＴＳ（所定サイズへプレス加工する装置）で製 造することが知られている。 この装置は、スライドリングをダイ内で製造する。リングをこのＰＴＳ方法に よって製造する際に溝を形成するという点で、特に有利にガス潤滑スライドリン グシールを製造することができる。この目的のために、溝の形状を有するコアを 、ダイ内に挿入する。従って、その後、チップを除去するような機械加工は不要 である。このように、ガス潤滑されたスライドリングシールの多数の部品を製造 することができる。 次の説明および図面に示した本発明の実施例から、本発明の上記以外の利点お よび特徴が理解できると思う。 図１は、クランクシャフトがエンジンハウジングから出ている場所を通る断面 図である。 図２は、クランクシャフトが出ている場所におけるスライドリングシールの拡 大図である。 図３は、本発明に係わるシールハウジングの側面図である。 図４は、図２の矢印Ａの方向に見たスライドリングのスライド面の図である。 図１は、エンジンハウジング３からクランクシャフト２が出ている場所におけ るスライドリングシール１の構造を示す。クランクシャフト２は、エンジンハウ ジング３の内部で左側に向かって延びているが、このことは図１には示されてい ない。 シャフト２は、エンジンハウジング３の外へ突出する突出部４を有し、この突 出部４の端部は、フライホイール５に取り付けられている。シャフト２の突出部 ４と、外側に取り付けられたカバー６との間に、スライドリングシール１が設け られている。 スライドリングシール１は、クランクシャフト２に回転自在に取り付けられた スライドリング７と、ハウジング３上のカバー６に回転自在に固定されたカウン ターリング８とを有する。カウンターリング８は、カバー６と一体的でもよい。 スライドリング７は、シールハウジング９内に取り付けられており、シールハ ウジング９は、シャフト（４）の突出部４に取付けられており、更にシャフト（ ４）の突出部４の端部と、フライホイール５との間のフラットシール１１によっ てクランプされた径方向内側に向いたカラー１０を有し、クランクシャフト２に 回転自在に固定されるようになっている。 シールハウジング９は、圧力リング１３およびＯリング１４を介し、カウンタ ーリング８に対してスライドリング７を押圧する波形スプリングワッシャー１２ を保持している。従って、ダイナミックＯリング１４は、３つの機能を有する。 すなわち、このＯリングは、スプリング１２からスライドリング７へ圧縮力を伝 え、シールハウジング９とスライドリング７の円錐形のリセス１５の間をシール し、スライドリング７をシールハウジング９、従ってクランクシャフト２に対し てセンタリングするという機能を有する（図２）。 スライドリング７は、外部に複数のリセス１６を有し、この各リセスに、シー ルハウジング９のそれぞれのハウジングアーム１７が爪のように係合している。 このように、スライドリング７は、ハウジングアーム１７および溝１６の内側嵌 合により、シールハウジング９、従ってクランクシャフト２に共に回転するよう 固定され、かつ軸方向にスライドできるようになっている（図３）。 スプリングリング１２、圧力リング１３、Ｏリング１４、およびスライドリン グ７を取り付けた後、ハウジングアーム１７がスライドリング７を保持し、部品 １２、１３、１４および７が、シールハウジング９と共に、予め組み立てたアセ ンブリを形成するまで、ハウジングアーム17の端部26を内側に曲げる。 スライドリング７のシール面１８内には、複数のスパイラル形状の溝１９（ス パイラル溝）が形成されている。これら溝は、内周部２１より、シール面１８の 外周部２１から離間した直径部２２まで延びている。このスパイラル溝１９は、 エッジ２０の径方向内側端部で最大の寸法を有し、直径部２２上の端部ポイント ２３まで、連続して次第に狭くなっている。スパイラル溝１９のポイント２３は 、クランクシャフト２の回転方向と反対方向に向いている。 直径部２２と外側エッジ２１との間にはダム２４があり、このダムは、シール 面１８の全周にわたって延びると共に、エンジンが停止された際に、カウンター リング８のシール面２５に当接するようになっている（図４）。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年８月１９日（１９９９．８．１９） 【補正内容】 請求の範囲 １．クランクシャフトおよびスライドリングシールを含み、クランクシャフト と共に回転するよう、このクランクシャフトに固定されたスライドリング、およ びエンジンのハウジングと共に回転するよう、このエンジンのハウジングに固定 されたカウンターリングを有するか、またはエンジンのハウジングと共に回転す るよう、エンジンのハウジングに固定されたスライドリング、およびクランクシ ャフトと共に回転するように、このクランクシャフトに固定されたカウンターリ ングを有し、前記スライドリングが軸方向に変位自在であり、スプリング手段に よってカウンターリングに押圧された、内燃エンジンのハウジングから突出する クランクシャフトをシールするためののスライドリングシールであって、 スライドリング（７）のシール面（１８）またはカウンターリング（８）のシ ール面（２５）に、クランクシャフト（２）が回転する際に、２つのリング（７ ）および（８）の面（１８）と（２５）との間に空気クッションを形成する溝（ １９）が設けられていることを特徴とするスライドリングシール。 ２．内周部（２０）より、シール面（１８）の外周部（２１）から離間した直 径部（２２）まで、前記溝（１９）が延びていることを特徴とする、請求項１記 載のシール。 ３．前記溝（１９）が、螺旋状に延びていることを特徴とする、請求項１また は２記載のシール。 ４．シールリング（７）およびスプリング手段（１２）が、板金部品として、 予め製造されたアセンブリとして、シールハウジング（９）内に形成されている ことを特徴とする、先の請求項のいずれかに記載のシール。 ５．スライドリング（７）とシールハウジング（９）との間をシールするＯリ ング（１４）を介し、スプリング手段（１２）がスライドリング（７）を係合す ることを特徴とする、請求項４記載のシール。 ６．スライドリング（７）が、合成炭素質材料、特にプラスチックで含浸され たグラファイトから製造されていることを特徴とする、先の請求項の１つに記載 のシール。 ７．スライドリング（７）が、プラスチックまたは金属から製造されているこ とを特徴とする、先の請求項の１つに記載のシール。 ８．カウンターリング（８）が、アウミニウムまたはプラスチック、特にグラ スファイバーで補強されたポリアミドから製造されていることを特徴とする、先 の請求項の１つに記載のシール。 ９．クランクシャフト（２）の出口位置で、エンジンハウジング（３）を閉じ るよう、カバー（６）にカウンターリング（８）が一体化されていることを特徴 とする、先の請求項のいずれかに記載のシール。 １０．鋳造またはプレス加工により、スライドリングのシール面またはカウン ターリングのシール面に、溝を有するスライドリングシールを製造するための方 法であって、 クランクシャフトの回転時に、スライドリング（７）のシール面（１８）とカ ウンターリング（８）のシール面（２５）との間に空気クッションを形成する溝 （１９）を、鋳造ダイまたはプレスダイによって、スライドリングのシール面ま たはカウンターリングのシール面に形成することを特徴とする、溝を備えたスラ イドリングシールを製造する方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラインフランク，ウルリッヒ ドイツ国 デー―82544 エグリンク カ ペレンヴェーク ２アー (72)発明者 ケラー，トーマス ドイツ国 デー―82538 ゲレツリート アーヒェンセィーヴェーク ６ (72)発明者 イェニッシュ，ベルンハルト ドイツ国 デー―82549 ケーニグスドル フ クロイト ７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．クランクシャフトと共に回転するよう、このクランクシャフトに固定され たスライドリング、およびエンジンのハウジングと共に回転するよう、このエン ジンのハウジングに固定されたカウンターリングを有するか、またはエンジンの ハウジングと共に回転するよう、エンジンのハウジングに固定されたスライドリ ング、およびクランクシャフトと共に回転するように、このクランクシャフトに 固定されたカウンターリングを有し、前記スライドリングが、軸方向に変位自在 であり、スプリング手段によって、カウンターリングに押圧された、内燃エンジ ンのハウジングから突出するクランクシャフトのためのスライドリングシールで あって、 スライドリング（７）のシール面（１８）またはカウンターリング（８）のシ ール面（２５）に、クランクシャフト（２）が回転する際に、２つのリング（７ ）および（８）の面（１８）と（２５）との間に空気クッションを形成する溝（ １９）が設けられていることを特徴とするスライドリングシール。 ２．内周部（２０）より、シール面（１８）の外周部（２１）から離間した直 径部（２２）まで、前記溝（１９）が延びていることを特徴とする、請求項１記 載のシール。 ３．前記溝（１９）が、螺旋状に延びていることを特徴とする、請求項１また は２記載のシール。 ４．シールリング（７）およびスプリング手段（１２）が、特に深く引き延ば された板金部品として形成された、予め製造されたアセンブリとしてシールハウ ジング（９）内に形成されていることを特徴とする、先の請求項のいずれかに記 載のシール。 ５．スライドリング（７）とシールハウジング（９）との間をシールするＯリ ング（１４）を介し、スプリング手段（１２）が、スライドリング（７）を係合 することを特徴とする、請求項４記載のシール。 ６．スライドリング（７）が合成炭素質材料、特にプラスチックで含浸された グラファイトから製造されていることを特徴とする、先の請求項の１つに記載の シール。 ７．スライドリング（７）がプラスチックまたは金属から製造されていること を特徴とする、先の請求項の１つに記載のシール。 ８．カウンターリング（８）が、アウミニウムまたはプラスチック、特にグラ スファイバーで補強されたポリアミドから製造されていることを特徴とする、先 の請求項の１つに記載のシール。 ９．クランクシャフト（２）の出口位置で、エンジンハウジング（３）を閉じ るよう、カバー（６）にカウンターリング（８）が一体化されていることを特徴 とする、先の請求項のいずれかに記載のシール。 １０．鋳造またはプレス加工によりスライドリングのシール面、またはカウン ターリングのシール面に、溝を有するスライドリングシールを製造するための方 法であって、 クランクシャフトの回転時に、スライドリング（７）のシール面（１８）とカ ウンターリング（８）のシール面（２５）との間に空気クッションを形成する溝 （１９）を、鋳造ダイまたはプレスダイによってスライドリングのシール面、ま たはカウンターリングのシール面に形成することを特徴とする、溝を備えたスラ イドリングシールを製造する方法。