JP2011122723A

JP2011122723A - シール装置

Info

Publication number: JP2011122723A
Application number: JP2010274716A
Authority: JP
Inventors: Elmar Mause; マウゼエルマー; Gerald Loeslein; レースラインゲラルト; Akira Matsuno; 亮松野
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2011-06-23
Also published as: US20110133412A1; DE102010062629A1

Abstract

【課題】互いに相対的に運動可能な２つの構成部分間のシール装置であって、位置不動の転がり軸受軌道輪の環状溝内に位置決めされていて、シールリップ、ひいてはシールの耐用年数を向上させる。
【解決手段】半径方向の第１のシールリップ１１及び軸方向の第２のシールリップ１２を含んでおり、各シールリップはそれぞれ、シールエッジ１４，１６でもって間接的若しくは直接的に、回転する１つの機械構成部分に支持されている形式のものにおいて、シールリップのシールエッジにより画定された空室１９が、潤滑剤リザーバとして形成され、少なくとも１つのシールエッジが、直接に前記機械構成部分の支持面に対するシールエッジの接触区域２２，２３の領域に、若しくは接触区域からずらされた領域に潤滑剤リザーバ２０，２１を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、互いに相対的に運動可能な２つの構成部分間のシール装置に関する。該シール装置においては、弾性的な少なくとも２つのシールリップを有するシールが、シール背部でもって位置不動の転がり軸受軌道輪の環状溝内に位置決めされている。ばね部材によりサポートされる半径方向の第１のシールリップ及び軸方向の第２のシールリップはそれぞれ、少なくとも１つのシールエッジでもって間接的若しくは直接的に、回転する１つの機械構成部分に支持されている。

前記形式のシール装置は、独国特許出願公開第３８４３３３７Ａ１号明細書により公知である。該公知のシールの軸方向のシールリップは、組み付け位置で遠心スリーブの接続面に支持されている。軸方向のシールリップの比較的短い長さは、軸方向のシールリップと遠心スリーブの接続面との間の軸方向の大きなオーバーラップ量と相俟って、高い圧着力を発生させ、ひいては不都合な過熱を発生させてしまっている。これにより、機械構成部分の高い回転数の場合に、過熱に起因して摩滅が大きくなり、結果として、シールの機能が損なわれることになる。

シールを内燃機関のウオータポンプにおける転がり軸受に使用する場合には、水や水蒸気或いは類似の媒体、例えば冷却液体の浸透を永続的に阻止するためのシール性が要求される。ウオータポンプのための転がり軸受用シールにおいては、液状又はガス状の流体の侵入防止のために、シールの半径方向リップも軸方向リップも、転がり軸受の全耐用年数にわたって常に対向支承面に密着していなければならない。

独国特許出願公開第３８４３３３７Ａ１号明細書

本発明の課題は、シールリップ、ひいてはシールの耐用年数を向上させることである。

前記課題を解決するために、本発明によれば、シールリップにより画定されていて潤滑剤で満たされた空室が、潤滑剤リザーバを形成している。該構成の代わりに、若しくは該構成に加えて、１つのシールエッジ若しくは両方のシールエッジが、機械構成部分の支持面に対する該シールエッジの接触区域の領域に、若しくは該接触区域から空室に向けてずらされた領域に潤滑剤リザーバを有している。転がり軸受の作動状態では、本発明に係るシールの潤滑剤リザーバは、シールエッジ領域の十分な潤滑剤供給を行うようになっている。特に、シールエッジ・接触区域に設けられていてグリスポケットとも呼ばれる潤滑剤リザーバは、シールエッジの接触区域と機械構成部分の支持面との間の必要な潤滑剤膜を常に保証していて、シールリップの乾いた状態での摺動並びに不当な温度上昇を防止している。これにより、シールリップの耐摩耗性が向上され、ひいてはシールの機能及び耐用年数が相応に向上されている。

本発明の有利な形態が従属請求項２〜１５に記載してある。

本発明の１つの形態において、潤滑剤リザーバはポケット状の切欠き部として形成されている。このように凹状に形成された潤滑剤リザーバは、有利には、シールリップのシールエッジにおいて全周に分配されて局所的に設けられている。

潤滑剤リザーバの形成のために別の形態によれば、隆起部がシールエッジ・接触区域の領域に設けられている。このような構成は、シールリップの線接触を行って、シールエッジと支持面との間に環状間隙を形成しており、該環状間隙は、作動状態では潤滑剤で満たされている。

本発明に係るシールの作用効果を向上させるために、有利にはすべてのシールリップのシールエッジが潤滑剤リザーバを有している。

本発明に係るシールは種々の組立条件下で有利に用いられるものである。例えば、シールの少なくとも１つのシールリップは、遠心スリーブ若しくは遠心ディスクに支持されており、遠心スリーブ若しくは遠心ディスクは、回転する機械構成部分、特に軸に相対回動不能に結合されている。本発明に係るシールは、組み付けられた状態では有利には遠心スリーブに配設されていて、該遠心スリーブと一緒に、外側の転がり軸受軌道輪と軸との間の環状の領域を効果的に密閉している。遠心スリーブは、回転する軸に固着されていて、シールの軸方向及び／又は半径方向のシールリップのための支持面若しくは接続面を形成している。遠心スリーブの、軸を取り囲む円筒状の区分の外周面は、本発明に係る転がり軸受用シールの半径方向のシールリップのための支持面を形成しており、かつ遠心スリーブの半径方向のブラケット部は、本発明に係る波形リップシールの軸方向のシールリップのための支持面を形成している。

本発明の有利な形態によれば、少なくとも１つのシールリップは、潤滑剤リザーバの形成のために、局所的な切欠き部及び／又は環状の切欠き部若しくは環状溝を有している。このために、例えば凹状に形成された切欠き部が設けられている。本発明の別の形態によれば、少なくとも１つのシールリップは、該シールリップから隆起する少なくとも２つの隆起部を有しており、該隆起部間に潤滑剤リザーバが形成されている。このための突起部としては、例えば断面半円形若しくは断面円弧形に形成された隆起部が有利である。

更に本発明の別の形態によれば、１つ若しくは両方のシールリップは２つのシールエッジを含んでいる。複数のシールエッジを含むシールリップは、段階的な最適なシール作用を発生させる。このために、シールリップは、その各シールエッジが互いに異なる力で支持されるように形成されている。このような構成により、小さい方の支持力で形成されたシールエッジが、前シールの機能を有していて、該シールエッジ及び支持面により該シールエッジから半径方向内側に画定されるシール領域内への汚れや大きな粒子の入り込みを阻止し、ひいてはシール特性を向上させている。

本発明の有利な形態によれば、１つのシールリップが２つのシールエッジを含んでおり、該シールエッジのうちの少なくとも１つが、潤滑剤リザーバを有している。複数のシールエッジを有するシールリップは、最適な階段状の密閉を行うようになっている。別の形態によれば、各シールリップは、シールエッジが互いに異なる力で支持されるように形成されている。このような構成は、小さな支持力で形成されたシールエッジが、シールエッジ及び支持面により画定されたシール領域内への汚れや大きな粒子の入り込みを阻止するためのシール機能を発生させることを可能にしており、これにより密閉性が向上される。

潤滑剤リザーバの形成のために、別の形態によれば、シールエッジの接触区域若しくはシールエッジの端面が、ワッフル状に構造化された成形部、つまりワッフル構造部若しくはパターン形成された構造部（パターン形成部）を有している。ワッフル構造部は、有利には局所的に、円弧状にシールエッジの接触区域若しくは表面に設けられ、若しくは表面から突出するように形成されている。このような構成によりシールエッジと機械構成部分の対応する面との間の減少された接触面は、シールリップへの熱導入を減少させるので有利である。構造化されて潤滑剤リザーバを形成するワッフル構造部は、潤滑剤の受容を更に向上させるものである。密閉性の向上のために、ワッフル構造部は、潤滑剤の戻し作用を発生させるような螺旋を描くように形成されている。有利には、シールリップは、シールの回転方向に左右されない組み込みを可能にするために、交互の螺旋で形成されている。このために、例えばシールの対称軸の方向に向けられた矢形構造又は屋根形構造が適しており、このような矢形構造又は屋根形構造は、回転方向に左右されることなく常に潤滑剤の戻し案内を保証している。

本発明に係るシールの更に別の形態によれば、規定されたシールリップオーバーラップ量が設けられている。シールリップと協働する構成部分の回転数及び温度に左右されることなしに、十分なオーバーラップを達成するために、少なくとも１つのシールリップのシールエッジは、組み付け位置で、０．０５ｍｍ〜０．５５ｍｍのオーバーラップ量（Ｚ）を伴って、機械構成部分の対応する支持面に支持されている。

本発明に係るシールにおいて効果的な密閉を達成するために、ショアＡ７５以下の硬度を有するシール材料が用いられており、該シール材料は、シールリップの高い弾性を保証している。シールのための材料として、特にエラストマー、例えばＨＮＢＲ、或いはフッ素ゴム、例えばＦＰＭ又はＦＫＷが適している。

シールリップの耐用年数を向上させるための別の態様によれば、シールリップのシールエッジは、端面に摩擦低減のための被覆、特にＰＴＦＥ被覆を有している。これに加えて若しくは選択的な態様として、機械構成部分の、少なくともシールリップのシールエッジ若しくは接触区域に対応する領域が、局所的に若しくは部分的に摩擦を低減するように被覆されている。

本発明に係るシールの半径方向のシールリップは、有利には外側からばね部材によって取り囲まれている。ばね部材として、所要スペース及び重量の小さいチューブリングから成るチューブばねが用いられており、チューブばねのチューブの直径ｄは１．１ｍｍ以下であり、このような構成により、チューブばねが軸方向のシールリップに影響を及ぼすようなことはない。ばね質量の小さいことに基づき、チューブばねの浮き上がりは発生せず、ひいては軸の外周面からのシールリップの持ち上がりは発生しない。

本発明に係るシールは、内燃機関のウオータポンプ用の転がり軸受の密閉のために適している。シールは、転がり軸受の不動に位置決めされた軌道輪の環状溝内に装着されている。半径方向のシールリップはそのシールエッジを介して直接に、回転する軸に支持され、若しくは間接的に、つまり軸に取り付けられた遠心ディスク若しくは遠心スリーブの円筒状の区分に支持されている。シールリップ間に形成され潤滑剤で満たされた空室は、第１の潤滑剤リザーバとして形成されている。これに加えて、両方のシールリップは、機械構成部分の支持面に対するシールエッジの接触区域の領域に、若しくは該接触区域から空室に向けてずらされた領域に第２の潤滑剤リザーバを有している。該潤滑剤リザーバにより、作動状態では転がり軸受のシールエッジ領域の十分な潤滑剤供給が保証されている。

本発明に係る波形リップシールは、有利には、内燃機関のウオータポンプ用の転がり軸受に使用するために適している。ウオータポンプ用の転がり軸受に使用するために本発明により形成されたシールは、外側の転がり軸受軌道輪とポンプ軸との間の環状の領域を効果的に密閉するものである。軌道輪の環状溝内に装着された波形リップシールは、１つの半径方向のシールリップのシールエッジでもって、軸の外周面に支持され、若しくは軸上に配置された遠心スリーブの円筒状の区分に支持されている。本発明に係るシールの別の軸方向に向けられたシールリップは、遠心スリーブの半径方向のブラケット部又はフランジに、若しくは軸の支持面にスライド可能に支持されている。

次に本発明を図面に示す種々の実施の形態に基づき説明する。

本発明に係る、２つのシールリップを有するシールを組み付け状態で示す図である。図１に示すシールの、遠心プレートと関連して示す図である。本発明の第１の実施の形態に係るシールリップ・端部領域の拡大断面図である。本発明の第２の実施の形態に係るシールリップ・端部領域の拡大断面図である。本発明の第３の実施の形態に係るシールリップ・端部領域の拡大断面図である。本発明の第４の実施の形態に係るシールリップ・端部領域の拡大断面図である。ワッフル状に形成されたパターンを有する接触領域を含むシールリップ・端部領域を示す図である。

図１は、本発明に係るシール１を組み付け状態で示しており、該シールは、外側の転がり軸受軌道輪２と回転する軸３との間の環状間隙の密閉のために設けられている。ウオータポンプのための転がり軸受装置に用いられるシール１は、２つの圧力室、つまり、転動体４の受容のためのオイル室５とウオータ室６とを仕切っており、ウオータ室は、冷却媒体、特に内燃機関の冷却水で負荷されるようになっている。転がり軸受軌道輪２の環状溝７内に弾性的なビード部８及びシール背部でもって位置固定されたシール１は、軸に向けられていて補強材９により補強された半径方向の壁部１０を有している。更にシール１は、断面Ｖ字形に形成されたシールリップ対を含み、つまり、半径方向に向けられた第１のシールリップ１１と軸方向に向けられた第２のシールリップ１２とを含んでおり、第２のシールリップ１２は、軸３に固定された断面Ｕ字形の遠心スリーブ１３と協働するようになっている。半径方向のシールリップ１１は、シールエッジ１４でもって遠心スリーブ１３の円筒状の区分１５に支持されており、軸方向のシールリップ１２はシールエッジ１６を介して遠心スリーブ１３の半径方向の区分１７に支持されている。シールリップ１２は、所定のオーバーラップ量Ｘを伴って半径方向の区分１７に支持されている。シールリップ１１の支持力は、シールリップ１１を外側から取り囲むばね部材１８、例えばチューブリングから成るチューブばね若しくはコイルリングから成るリングコイルばねを用いて増大されている。比較的軟らかいシール材料、例えばショアＡ７５以下のエラストマー若しくはＨＮＢＲを用いて前述のように形成される構成のシールは、シールリップ１１，１２若しくはそのシールエッジ１４，１６と遠心スリーブ１３における対応する接触面との間の規定されたオーバーラップ量を可能にするものである。シールリップ１１，１２のシールエッジ１４，１６によって画定される空室１９は、作動状態では潤滑剤、特に潤滑膜で満たされていて、潤滑剤リザーバを形成している。

図２は、シール１及び遠心スリーブ１３を示していて、特に、潤滑剤リザーバを形成する空室１９の寸法を明確にしている。シールリップ１１，１２は、シールエッジ１４，１６の領域に局所的な潤滑剤リザーバ２０，２１を形成しており、該潤滑剤リザーバを介して、遠心スリーブ１３に対する接触区域２２，２３の領域におけるシールエッジ１４，１６の意図的な潤滑剤供給が保証されるようになっている。潤滑剤リザーバ２０，２１は、永続的な潤滑剤膜を形成し、ひいてはシールエッジ１４，１６の摩擦の小さい支持を達成するものである。追加的な手段として、シールリップ１１，１２及び／又は遠心スリーブ１３の区分１５，１７は、接触区域２２，２３の領域に、摩擦低減のための被覆、例えばＰＴＦＥ被覆を備えていてよい。

図３ａ〜図４ｂは、シールリップ１２の自由な端部に設けられる潤滑剤リザーバの種々の実施の形態を示している。図３ａに示す実施の形態によれば、シールエッジ１６は、潤滑剤リザーバ２４を形成するための鋸歯状に形成された切欠き部を有しており、該切欠き部は、シールリップの全周にわたって配置され若しくは部分的に配置されている。図３ｂに示す実施の形態に係る潤滑剤リザーバ２５は、シールリップ１２のシールエッジ領域に断面がほぼ半円形の凹状に成形された切欠き部によって形成されている。図４ａ及び図４ｂは、図３ａ及び図３ｂとは異なって、凸状に形成された断面を有するシールエッジ１６を示しており、遠心スリーブ１３の接触区域２３に対する環状間隙が形成されている。図４ａに示されている潤滑剤リザーバ２６は、互いに離間して配置された丸味のある隆起部２８間に形成されている。図４ｂに示されている潤滑剤リザーバ２７は、互いに隣接して配列された隆起部２９間に形成されている。

図５に示されたシールリップ・端部領域は、潤滑剤リザーバの形成のために、ワッフル状に形成されたパターン、つまりワッフル構造部２９を含んでいる。このために、シールエッジの接触区域若しくはシールエッジの端面が、幾何学的なパターンを備えており、該パターンは、マイクロパターンとして形成されて、弧を描いて延びる複数の溝からなる微細なパターンの網構造若しくはメッシュ構造を有している。

１シール、２転がり軸受、３軸、４転動体、５オイル室、６ウオータ室、７環状溝、８ビード部、１０壁部、１１，１２シールリップ、１３遠心スリーブ、１４シールエッジ、１５区分、１６シールエッジ、１７区分、１８ばね部材、１９空室、２０，２１潤滑剤リザーバ、２２，２３接触区域、２４〜２７潤滑剤リザーバ、２８隆起部、２９ワッフル構造部、３０シールエッジ

Claims

互いに相対的に運動可能な２つの構成部分間のシール装置であって、該シール装置のシール（１）が、位置不動の転がり軸受軌道輪（２）の環状溝（７）内に位置決めされていて、弾性的な少なくとも２つのシールリップ（１１，１２）、つまり、ばね部材（１８）によりサポートされる半径方向の第１のシールリップ（１１）及び軸方向の第２のシールリップ（１２）を含んでおり、該各シールリップはそれぞれ、少なくとも１つのシールエッジ（１４，１６）でもって間接的若しくは直接的に、回転する１つの機械構成部分に支持されている形式のものにおいて、前記シールリップ（１１，１２）の前記シールエッジ（１４，１６）により画定された空室（１９）が、潤滑剤リザーバとして形成されており、かつ又は、少なくとも１つの前記シールリップ（１１，１２）が、直接に前記機械構成部分の支持面に対する該シールエッジ（１４，１６）の接触区域（２２，２３）の領域に、若しくは該接触区域からずらされた領域に潤滑剤リザーバ（２０，２１，２４，２５，２６，２７）を有していることを特徴とする、シール装置。
前記シールリップ（１１，１２）の前記シールエッジ（１４，１６）は、前記潤滑剤リザーバ（２０，２１，２４，２５）の形成のために、前記接触区域（２２，２３）から前記空室（１９）に向けてずらされた領域にポケット状の切欠き部を含んでいる請求項１に記載のシール装置。
前記シールエッジ（１６）の少なくとも１つの環状の隆起部（２８，２９）が、前記接触区域（２２，２３）に対する環状間隙を形成しており、該環状間隙は潤滑剤リザーバ（２０，２７）として設けられている請求項１又は２に記載のシール装置。
前記シール（１）のすべての前記シールリップ（１１，１２）の前記シールエッジ（１４，１６）は、それぞれ潤滑剤リザーバ（２０，２１，２４，２５，２６，２７）を有している請求項１から３のいずれか１項に記載のシール装置。
前記シール（１）の少なくとも１つの前記シールリップ（１１，１２）は、回転する遠心スリーブ（１３）若しくは遠心ディスクに支持されており、前記遠心スリーブ若しくは遠心ディスクは、回転する軸（３）に相対回動不能に結合されている請求項１から４のいずれか１項に記載のシール装置。
少なくとも１つの前記シールリップ（１１，１２）は、前記潤滑剤リザーバ（２４，２５，２６，２７）の形成のために、局所的な切欠き部及び／又は環状の切欠き部若しくは１つ又は複数の隆起部（２８）を有している請求項１から５のいずれか１項に記載のシール装置。
少なくとも１つの前記シールリップ（１１，１２）は２つのシールエッジ（１６，３０）を含んでいる請求項１から６のいずれか１項に記載のシール装置。
前記シールエッジ（１６）は、前記潤滑剤リザーバの形成のために、ワッフル状にパターン形成された接触区域（２２，２３）を有している請求項１から７のいずれか１項に記載のシール装置。
少なくとも１つの前記シールリップ（１１，１２）の前記シールエッジ（１６）は、０．０５ｍｍ〜０．５５ｍｍのオーバーラップ量（Ｚ）を伴って、前記機械構成部分の対応する支持面に支持されている請求項１から８のいずれか１項に記載のシール装置。
前記シール（１）のシール材料は、ショアＡ７５以上の硬度を有している請求項１から９のいずれか１項に記載のシール装置。
前記シール（１）のための材料としてエラストマー若しくはＨＮＢＲ、或いはフッ素ゴム若しくはＦＰＭ又はＦＫＷが設けられている請求項１から１０のいずれか１項に記載のシール装置。
前記軸方向及び／又は半径方向のシールリップ（１１，１２）の前記シールエッジ（１４，１６）は、端部に摩擦低減のための被覆、特にＰＴＦＥ被覆を有している請求項１から１１のいずれか１項に記載のシール装置。
前記軸方向及び／又は半径方向のシールリップ（１１，１２）は、前記遠心スリーブ（１３）の少なくとも局所的若しくは部分的に摩擦低減のための被覆が施された支持面若しくは接触区域（２２，２３）に支持されている請求項１から１２のいずれか１項に記載のシール装置。
前記半径方向のシールリップ（１１）は、ばね部材（１８）によって取り巻かれている請求項１から１３のいずれか１項に記載のシール装置。
前記シール（１）は、ウオータポンプ用の転がり軸受のための密閉部として形成されており、前記転がり軸受の環状溝（７）内に装着された前記シール（１）が、前記半径方向のシールリップ（１１）でもって、シールエッジ（１４）を介して間接的若しくは直接的に軸（３）に支持され若しくは遠心スリーブ（１３）の円筒状の区分（１５）に支持されており、前記軸方向のシールリップ（１２）のシールエッジ（１６）が、前記遠心スリーブ（１３）の半径方向に向けられたブラケット部（１７）に支持されている請求項１から１４のいずれか１項に記載のシール装置。