JP2007532813A - ピストンロッドシーリングリング - Google Patents

Abstract

本発明は、船のディーゼルエンジンに関し、掃気チャンバーとクランクハウジングとの間にパッキン押えが配置される。前記パッキン押えにおいて、オイル拭取りリングが、クランクハウジング方向側の受け溝（２）内に挿入され、一方、合成樹脂シーリングリング（１０）が、掃気方向側の受け溝（２）内に挿入される。合成樹脂シーリングリング（１０）は、重なり領域（１２）内に外周凹部（１７）を有しており、この外周凹部（１７）内につなぎ要素（１５）が挿入されている。外周凹部（１７）は、重なり領域（１２）よりも大きく、また内部に挿入されたつなぎ要素（１５）よりも大きい。つなぎ要素（１５）は、外周凹部（１７）の底部に形成された摺動面（１８）上へ、螺旋バネ（１４）の手段により押圧される。つなぎ要素（１５）および合成樹脂シーリングリング（１０）は、組み立てられた状態で、合成樹脂シーリングリング（１０）の外周溝（１３）に沿って配置された円周状の溝（１６）を有している。つなぎ要素（１５）は、外周の螺旋バネ（１４）の補助により、摺動面（１８）上または隆起摺動面（２３）上へ押圧される。

Description

本発明は、重なりシーリングジョイントを有する合成樹脂のピストンロッドシーリングリングである。

上述した形式のピストンロッドシーリングリングは、燃焼エンジンのピストンロッドのグランドシールに用いられる。このようなグランドシールは、とりわけ船のディーゼルモーターにおいて知られており、また例えばＤＥ−Ｂ−２１’１４’１５２またはＥＰ−Ａ−０’１３８’４４３の文献に記載されている。ピストンロッドのパッキン押えは、通常クランクハウジングと掃気チャンバーとの間の分離を形成する。クランクハウジング側において、まず多くのオイルスクレーパーリングがピストンロッド用のパッキン押え内に配置され、いくつかのシーリングリングがこれに続き、その上のシリンダー側に配置される。一般に、ピストンロッドの気密接触を達成するためのシーリングリングは、常にピストンロッドの圧力に耐えなければならない。

実験によれば、ピストンロッドの上死点および下死点の領域において最大摩耗が必然的に生じる。直径１−２ｍｍの範囲のピストンロッドの摩耗は、ここで発生する通常の規模である。これから、上死点および下死点の領域は、ピストンの１行程につき２回シーリングリングにより軽く接触されることになる。したがって、シーリングジョイントの重なり領域内のシーリングリングは、約３−６ｍｍの相対運動を行なわなければならない。これとともに、シーリングジョイントの下舌部および上舌部は、互いに滑動する。一方で互いに同一の金属からなる２つの舌部の直接的な摩擦による影響により、他方でそれ自体が潤滑剤として作用する油の内部で引きずられた金属のはがれ部材により、互いに同時に横たわるシーリングジョイントの２つの舌部の両面は摩耗を免れない。非常に汚染された油により、シーリングジョイントの２つの舌部の摩擦摩耗は増大する。金属のピストンロッドシーリングリングの使用により、このようなジョイント領域におけるシーリングリングの摩耗の問題は、比較的些細なこととなり、またこの問題は、例えば青銅のような軟らかい金属からなるシーリングリングに限られる。より重要なことは、金属のピストンロッドシーリングリングがピストンロッド自体の非常に大きな摩擦摩耗を導くということの発見であり、シール性が全体として不十分となることを意味し、一方ではこれにより引き起こされるあらゆる不具合を伴うクランク油の消費の増大を導く。これにより、更に近年ますます多くのピストンロッドのパッキン押えは、合成樹脂からなるオイルスクレーパーリングおよびシーリングリングを有するようになってきている。これにより、ピストンロッドの摩耗は大幅に減少してきており、また油の消費もまた最少化してきたが、予想されていたより早くシール性が悪化するのでシーリングリングはますます交換される必要があることが示されてきている。これらの合成樹脂製リングを交換することにより、シーリングジョイント近傍のシーリングリングに予期せぬ漏れが生じることが判明している。ここで論じているシーリングリングは、初めＷＯ９１／１４８９０に開示されているようにパッキン押えに配置される。

結果として本発明の目的は、寿命を増大させるとともに部分的摩耗があっても密封を維持するように、重なりシーリングジョイントを有する合成樹脂製のピストンロッドシーリングリングの改善を図ることである。特許請求の範囲の請求項１の特徴を有する合成樹脂製のピストンロッドシーリングリングが、この目的を達成する。更に効果的な実施の形態は従属請求項から推測され、その重要性と動作方法は、添付図面を参照して後述の記載により説明される。

本発明の内容に係る一の好ましい実施の形態は図面に示されており、後述の記載により詳細に説明される。

本発明のより良い理解のため、図１を参照すると、とりわけ船のディーゼル動力装置に適するようなパッキン押えシールの構造が説明される。このような形式のパッキン押えシールは、掃気チャンバーに関してクランクチャンバーを密封する。図１で、掃気チャンバーは、矢印Ｚ方向に配置され、クランクハウジングは矢印Ｋ方向に配置される。パッキン押えは、内壁に多様な受け溝２が組込まれたパッキン押えシール１を有している。いくつかのオイルスクレーパーリング３は、クランクロッドに染み付いた油をこするとともに、これをクランクハウジングチャンバー内へ戻す手段であり、クランクハウジング側下半分の環状の溝２内に配置されている。このため、適切な漏洩油流出部４がパッキン押えのハウジング内に設けられている。パッキン押えのハウジング内に設けられているオイルスクレーパーリング３領域は、こすり領域と称され、一方、パッキン押えの密封領域が掃気チャンバー方向にこの上に続く。同様に、周囲の環状受け溝２がこの密封領域内で内向きに形成され、またこれらの中にシーリングリング５が配置されている。この描写において、シーリングリング５は従来のシーリングリングとして示され、これに対してオイルスクレーパーリング３は、本件出願人により開発されてきたＷＯ０３／０４４４００により知られている特別なスクレーパーリングの場合である。ここに示されるパッキン押えシールの形態において、オイルスクレーパーリング３またはシーリングリング５へ支持圧力を生じる螺旋バネは図示されていない。しかしながらこれらは勿論存在する。この省略は、図面があまり煩雑にならないようになされただけである。

再度従来のピストンロッドシーリングリングの問題点を扱うため、これに関して、図８および図９が参照され、これは出願人側で既に市場に提供されている最先端のピストンロッドシーリングリングを示す。ここでシーリングリング５は一体に構成され、重なり気密ジョイント６を有する。この重なり気密ジョイントは、図９に断面が示されている。これとともに重なり領域において、第１リング端７が他の第２リング端８と係合している。同時に、リング端７はリング端８上の１つの摺動面９を密封状態に支持している。この第２の摺動面９は、力に関してほとんど負荷されず、実質的に摩擦摩耗がないことが確認されている密封面９ａである。これらの表面における摩擦摩耗は、黒色で図式的に示され、符号Ｗで示されている。ここで２つの合成樹脂製部品が互いに摺動し、さらにまたここで周囲の螺旋バネが弧形状溝Ｒ内で近接して移動し、当該バネがピストンロッドの軸方向へ放射状の圧力を生じるため、摩擦摩耗Ｗは一方で助長される。

図２において、組み立てられた状態における、本発明に係る合成樹脂のピストンロッドシーリングリングが認識されるであろう。実際の合成樹脂シーリングリングは符号１０により示される。この合成樹脂部分は一部材からなるとともに弧形状の重なり領域１２を有し、これはピストンロッド径に適応させ、摩耗による変化に依存し、大きさが様々変化する。この合成樹脂シーリングリングは、外周面上に、その内部に配置される外周螺旋バネ１４を案内する役割を果たす外周溝１３を有している。螺旋バネ１４は、一体形成された輪状の小穴と一体形成されたフック状の小穴とからなる係止部を介して連結されても良い。所定の押圧力に応じて、最大３つのこのような外周螺旋バネが設けられていても良い。ジョイント６の領域内において、金属の弧形状のつなぎ要素１５が半径方向内に設けられている。このつなぎ要素１５は同様に溝１６を有し、溝１６は、組み立てられた状態において合成樹脂シーリングリング１０の溝１３と同一面上に設けられている。合成樹脂シーリングリング１０は、重なり領域より広い内方へ向けて窪む外周凹部１７を有している。しかしながら、金属の弧形状のつなぎ要素１５は、合成樹脂シーリングリングの最小の直径を想定する際、いずれの場合でも長手方向の伸びが内方を向く外周凹部１７より小さい。この内方を向く外周凹部１７は、弧形状のつなぎ要素１５のための摺動面１８としての役割を果たす底部を有している。弧形状のつなぎ要素１５と内方を向く外周凹部１７とは、互いに適応されなければならない。しかしながら、原理上つなぎ要素１５の半径は、内方を向く外周凹部１７の摺動面１８の半径よりわずかに大きくても良い。これら２つの半径は、そのわずかな時間後摩擦により互いに適合する。これに関し、後の図面が再び参照されよう。

図４および図５において合成樹脂シーリングリング１０が単独で示される。合成樹脂シーリングリング１０は、挿入された状態でピストンロッドを支持する内側シーリング面１１を有している。ピストンロッド上のシーリング面１１は、全面が環状の円筒面として構成されていても良く、または、併せてシーリング面１１を形成する２つ以上の平行動作する環状の円筒シーリング縁１９に分割されていても良い。シーリング縁１９は、図５において部分的に明らかにされているのみであり、ここで２つのシーリングリング舌部２０および２１は軸方向内で重ならない。２つのシーリングリング舌部２０および２１は一体として気密面２２を形成している。外周凹部１７は、２つのシーリングリング舌部２０および２１を超えて全長を延ばし、周方向に更に延びることが分かるであろう。図５において、気密面２２は明確ではないが、ここに点描方式の面２２の表示方法により示される。この点描面２２は、広い範囲と狭い範囲の点で描かれた２つの部分を有している。このうち密な点描領域は、ここに示すように、２つのシーリングリング舌部２０および２１が無負荷状態で重なり合う領域であり、一方比較的密でない点描領域は、組み立てられた状態でバネ圧力に晒され更に互いに密封状態に重なり合う。

ここで隆起摺動面２３が外周凹部１７内の中心に存在する。この隆起摺動面２３は、外周拡張部内において２つのシーリングリング舌部２０および２１を越えて拡がっている。この場合、非隆起側部摺動面領域１８’および１８’’は、隆起摺動面２３の横方向に存在している。上述した外周溝１３は、合成樹脂シーリングリング１０の外周面上にあることが分かるであろうし、これらの溝は、外周凹部１７領域という例外を除き、外周全域に拡がっている。

つなぎ要素１５が図６および図７に示されている。つなぎ要素１５は、金属から製造される。これは従来の機械鋼で製造されても良い。つなぎ要素１５は、端部に外周面取り２６が形成された側部限定面２５を有している。上述したように、溝１６はつなぎ要素１５の外面内側に形成されている。外周リブ２７は、いずれの場合も隣接する２つの溝１６間に残存する。つなぎ要素１５の２つの端面２８は、正確に半径方向を向いている。

つなぎ要素１５の材料硬度は、合成樹脂シーリングリング１０の硬度より大幅に高い。この結果、使用の際摩耗は、摺動面１８または合成樹脂シーリングリング１０の隆起摺動面２３上に生じるのみである。少なくとも初期段階において、隆起摺動面２３は、この領域における合成樹脂シーリングリング１０の更なる硬化を生じさせる。合成樹脂シーリングリング１０の耐用年限中に、隆起摺動面２３の摩耗は徐々に生じるであろう。仮にこの隆起が完全にすり減ってしまった場合、原理上この領域は非隆起側部摺動面領域１８’および１８’’と同一平面上となる。しかしながら、この場合であっても合成樹脂シーリングリング１０が交換される必要がない。とりわけシーリングリング舌部２０は、この際薄くなるとともに、対応する摩耗によりそれ相応に比較的柔軟となっている。しかしながら同時に、とりわけ硬化されていないピストンロッドにより、若干のピストンロッドの摩耗が生じるかもしれない。これは、合成樹脂シーリングリング１０の半径がいくらか減少することを意味する。しかしながら、つなぎ要素１５には実質的に摩耗が存在しないことが確認されるであろうから、弧形状のつなぎ要素１５の内面直径は合成樹脂シーリングリング１０の直径より大きいので、この際つなぎ要素１５もまた中間領域内のみに配置される。これは全体の結果として合成樹脂シーリングリング１０の寿命を大幅に伸長し、同時に、合成樹脂シーリングリングの使用のおかげでピストンロッドの摩耗はより少ない。無論これらはともに、本発明による合成樹脂シーリングリングを有するブッシングを有する、船のディーゼル機関のオイル消費量を著しく減少させるという事実を導く。

好ましくは中間に設けられたリングが、オイルスクレーパーリング３とシーリングリング５との間に取り付けられ、当該リングは、シーリングリングとともにオイルスクレーパーリングとしての役割を果たす。このリングは、連続的な態様で図１に描かれている。このリングは、軸方向の一側内にリングの側面上に延びるカムを有しているという点において本質的に異なり、その間に中間スペースが残ったままであり、これにより好ましくは汚染されたオイルが中立空間内に流れ込むことができる。これにより、クランクハウジング内からの汚染されたオイルを防止する。これらのリングはまた、ここにシーリングリングとして描かれた２重の機能を有しているにもかかわらず、本発明による、つなぎ要素１５を有するガスジョイント６の構成を有していても良い。

単純化した独立型のパッキン押えシールを示す一部断面を含む斜視図。 組み立てられた状態における本発明によるピストンロッドシーリングリングの軸方向からの図。 重なりジョイントの径方向から見た同じピストンロッドシーリングリングを示す図。 合成樹脂の同じピストンロッドシーリングリングをその軸方向から見た図。 重なり領域上の径方向から見た重なりジョイントの図。 弧形状からなるつなぎ要素をその軸方向から見た図。 弧形状からなるつなぎ要素をその径方向から見た図。 従来の最先端のピストンロッドシーリングリングを軸方向から見た図。 重なりジョイント領域における図８のＡ−Ａ線断面図。

符号の説明

Ｋ クランクハウジング
Ｒ 溝
Ｗ 摩耗
Ｚ 掃気チャンバー
１ パッキン押えハウジング
２ 受け溝
３ オイルスクレーパーリング
４ 漏洩油流出部
５ シーリングリング
６ 重なりジョイント
７ 第１リング端
８ 第２リング端
９ 摺動面
９ａ 密封面
１０ 合成樹脂シーリングリング
１１ シーリング面
１２ 重なり領域
１３ 外周溝
１４ 螺旋バネ
１５ つなぎ要素
１６ つなぎ要素内の溝
１７ 外周凹部
１８ 摺動面
１８’ 非隆起側部摺動面領域
１８’’ 非隆起側部摺動面領域
１９ シーリング縁
２０ シーリングリング舌部
２１ シーリングリング舌部
２２ 気密面
２３ 隆起摺動面
２５ 側部限定面
２６ 面取り
２７ 外周リブ

Claims (4)

1. 重なりシーリングジョイントを有する合成樹脂のピストンロッドシーリングリングにおいて、
   シーリングリング（１０）は、軸方向に重なりジョイント（６）を有し、径方向において、前記重なりジョイントは、径方向内向きに配置され、摺動面（１８）としての役割を果たすとともに外周凹部（１７）内に配置された弧形状からなる金属のつなぎ要素（１５）により形成され、外周凹部（１７）は、重なり領域（１２）より広いことを特徴とするピストンロッドシーリングリング。
2. 前記径方向の内方を向く外周凹部（１７）は、内側面に対して同心状に形成された摺動面（１８）を有することを特徴とする請求項１に記載のピストンロッドシーリングリング。
3. 重なり領域（１２）より広い前記凹部（１７）の中央領域は、半径方向において側面凹部領域より厚く、かつ側面凹部領域と同様に内側面に対して同心状に形成され、これにより前記重なり領域（１２）上に隆起摺動面（２３）を形成することを特徴とする請求項２に記載のピストンロッドシーリングリング。
4. 前記シーリングリング（１０）および前記つなぎ要素（１５）は、気密なシーリングジョイントを形成することを特徴とする請求項１に記載のピストンロッドシーリングリング。

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