JP2015537178A - シール部材、シール部材を製造する方法及びシール部材を備えたシールアセンブリ - Google Patents

Abstract

本発明は、ほぼＨ字形の断面形状を備えたシール異形材（２）を有するシール部材（１）に関する。

Description

本発明は、シール部材、シール部材を製造する方法及びシール部材を備えたシールアセンブリに関する。

シール部材は、一般的に知られており、例えば、回転運動又は直線運動可能な機械要素をシールするのに使用される。シールされる機械要素は、例えば軸、ロッド、スピンドル又はころがり軸受であってよい。しばしば、液状又はペースト状の媒体が周囲に対してシールされ、又は機械要素の周囲からの汚染物、例えば汚れ、塵埃、塩及び／又は湿気のような汚染物が、シール部材が配置されている機械要素の内部から、遠ざけられる。

シール部材はシールリングとして形成されていてよく、使用例に応じて、異なった大きさの直径を有することができる。

特に、４００ｍｍを超える直径をシールするシール部材は、複雑もしくは高価な構造を有していて、ゆえにその製造は複雑であり、かつ高コストである。多くの場合このようなシール部材は、複数の部材から、例えば、金属製材料製の支持体と、この支持体に結合されたエラストマ材料製のシールエレメントとから成っている。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式のシール部材を改良して、特にシール部材が例えば数メートルの極めて大きな直径を有している場合に、部材点数が僅かで単純な構造を有し、安価に製造可能で、しかも簡単に取り付けることができるシール部材を提供することである。

この課題は、本発明によれば、独立請求項に記載のように構成されたシール部材、シール部材を製造する方法及びシールアセンブリによって解決される。好適な態様は、それぞれの従属請求項に記載されている。

前記課題を解決するために、本発明では、シール部材が、ほぼＨ字形の断面形状を備えたシール異形材を有する。

Ｈ字形のシール異形材は、単純かつ安価に製造可能であり、しかも簡単に取り付けることができる。

ほぼＨ字形のシール異形材は、横断面で見て、互いに間隔をおいて隣接配置された２つの長手方向ウェブを有していて、該２つの長手方向ウェブは、横ウェブによって互いに結合されている。

好ましくは、シール異形材は、横断面で見て、横ウェブの中心に配置されている仮想平面を挟んで対称的に形成されていてよい。このような対称的な構成は、特に簡単に取り付けることができる。なぜならば、両長手方向ウェブはそれぞれ同じ使用特性を有していて、シール異形材が取り付けられる方向は、シールの機能に対して何ら意味を持たないからである。これによって取付けエラーのおそれは最小に減じられる。

横ウェブは、ジョイントとして形成されていて、該ジョイントを中心にして長手方向ウェブは相対的に洗濯ばさみ状に旋回運動可能である。シール部材を取り付けるために、長手方向ウェブは、ジョイントの一方の側において、該ジョイントを中心にして互いに離反する方向に旋回させられるので、長手方向ウェブはジョイントの他方の側において、相応に互いに向かって移動させられる。長手方向ウェブのこのように互いに向かって移動させられる端部は、機械要素の取付け溝内に挿入することができ、このときシール異形材が取付け溝における取付けに続いて、自動的に、製造に基づく本来のＨ字形の形状に戻ることによって、シール部材は取付け溝内において係止される。取付け溝内に配置された長手方向ウェブの拡開によって、シール異形材は取付け溝において固定される。

別の態様では、長手方向ウェブは、それぞれ横ウェブを起点として一方にクランプアームを、かつ他方にシールリップを有している。クランプアームによって、シール部材は、既に述べたように、機械要素の取付け溝内において固定される。シールリップは、シール部材が固定されている機械要素を、他の機械要素に対してシールする。

それぞれ横ウェブを起点として見たとき、長手方向ウェブそれぞれのシールリップの長さは、対応するクランプアームの長さの少なくとも２倍である。このように構成されていると、クランプアームは、長手方向ウェブの対応するシールリップに対して、コンパクトであり、これによって形状安定的に形成されているという利点が得られる。クランプアームのこの形状安定的な構成によって、シール部材は特に正確に機械要素と結合することができる。シール部材がその規定通りの使用中に周囲から力を加えられた場合でも、大きな形状安定性によって、機械要素に対するシール部材の正確な対応関係は、常に維持される。

他方においてシールリップは、シールされる機械要素の表面に良好に接触できるようにするために、より大きな可撓性を有している。シールリップの弾性的な可撓性によって、その間においてシール部材が使用される機械要素の製造に基づく誤差を、良好に補償することができる。そしてシール部材は、長い使用時間の間中、良好な使用特性を有する。

好適な態様によれば、クランプアームは、係止突起状に形成されていてよい。クランプアームはその自由端部の領域において、シール部材が固定されている機械要素の取付け溝におけるアンダカット部に、裏側で係合し、これによって形状結合部を形成することができる。クランプアームの係止突起はさらに、取付け溝をシールするための静的なシール部材として機能する。

クランプアームの、係止突起状に形成された自由端部によって、シール部材は取付け溝内にスナップ式に進入することができる。

シールリップの長さは、好ましくは、横ウェブの枢着に有効な幅の０.７５〜１.５倍である。このような寸法関係によって、クランプアームが横ウェブの変形時に十分な大きさをもって相互に旋回することができ、機械要素の取付け溝内に形状結合式に係合することができる。

シールリップは、互いに向かい合っている側面によって、シール部材の規則通りの使用中に、潤滑剤によって満たされた潤滑剤リザーバを画定している。潤滑剤リザーバ内における潤滑剤によって、動的な負荷を受けるシールリップの摩擦による摩耗が、最小に減じられ、さらに両方のシールリップの間におけるバリアが形成され、このバリアは、異物が周囲からシールすべき空間内に侵入することを阻止する。

シールリップの互いに向かい合っている側面及び／又は互いに反対側を向いている側面は、表面成形部を有していてよい。表面成形部は、例えば、追加的なマイクロ・潤滑剤貯留部を形成する浅いもしくは細い溝によって形成されていてよい。そしてマイクロ・潤滑剤貯留部における潤滑剤は、シールリップと、該シールリップに対して相対運動可能なシールすべき機械要素との間の摩擦を減じる。

シールリップのすべての側面がこのような表面成形部を備えていると好適である。

シール部材は、好ましくは材料均一に形成されていて、エラストマ特性を備えた材料から成っていて、７０〜９５のショアＡ硬度を有している。

このようなシール部材は、別個に形成された支持体なしでも、十分に大きな形状安定性を有している。

材料は、ポリウレタンによって形成されていてよい。このような材料は、比較的小さな摩擦係数を有している。これによってシール部材の規定通りの使用中において、シールリップとシールされる機械要素との間におけるシール箇所の領域における熱の発生が減じられる。

シールされる媒体に対する、温度に基づく不都合な作用は、これにより排除されている。

摩擦モーメントのさらなる低減並びに緊急時運転特性及び乾燥時運転特性の改善は、材料が摩擦を減じる充填剤を含んでいることによって、達成することができる。このような摩擦を減じる充填剤は、例えばＰＴＦＥ粒子によって形成されていてよい。

シール部材は例えばシールリングとして形成されていてよい。このようなシールリングは、例えばハウジングに対して軸をシールすることができ、このとき軸はハウジングを貫通している。

さらに本発明は、既に述べたように、シールを製造する方法に関しており、本発明に係る方法では、第１の方法ステップにおいて、無端のベルト状のシール異形材を押し出し、第２の方法ステップにおいてシール異形材を所定長さに切断し、所定長さに切断された該シール異形材を、第３の方法ステップにおいてリング状に変形し、シールリングに成形されたシール異形材の両方の自由端部を、第４の方法ステップにおいて互いに結合する。

シールリングの安価な製造のために、第１の方法ステップでは、押出し成形法が選択されている。この成形法によって、極めて寸法精度の高い、製造誤差範囲が狭い成形体を形成することができ、さらに、例えばクランプアームを切断工程によって、その使用可能な形状にすることができる。このような切断工程によって、極めて鋭い縁部を有するシールエッジを実現することができる。

シール異形材を第３の方法ステップにおいて、４００ｍｍ以上の直径を有するシールリングに成形することができる。特に、大きな直径を有するシールリングを製造するために、既に述べた押出し成形法は特に良好に適している。２ｍ〜４ｍであってよい、又はさらにそれを上回る直径であってよい、大きな直径を有するシールリングを製造する別の方法は、実施に手間が掛かりかつ高価である。他の製造方法による公知のシール部材は、複数の部材から成っていて、支持体及び／又はコイルばねを有することがあり、これらの部材相互の接合は面倒でコストがかかる。

それに対して本発明に係るシール部材は、例えば支持体及び／又はコイルばねのような追加的なエレメントを必要とせず、全体として一体にかつ材料均一に形成されている。そして互いにシールされる材料要素の間にシール部材を簡単に取り付けた後では、シール部材は確実に載置される。

例えば４ｍの大きな直径を有するシールリングでは、本発明に係る方法及び本発明に係るシール部材によって、不要な支持体及び構成部材のための大量の鋼を節約することができ、これにより、回転するシール部材の場合には、接触効果を改善することができる。さらにシール部材を製造する工具の効果を、移動させる質量が比較的小さいことによって高めることができる。

シール部材の直径が大きければ大きいほど、上に述べた利点はより大きくなる。

両方の自由端部は、第４の方法ステップにおいて互いに溶接することができる。

自由端部相互の溶接のためには、好ましくは、鏡面溶接（Spiegelschweissen）が使用される。鏡面溶接は、熱器具突合せ溶接（Heizelementstumpfschweissen）とも呼ばれ、プラスチック部材を互いに結合するために用いられる。熱器具による熱供給によって、互いに結合される部材は、その接合箇所の領域において、熱可塑性状態にもたらされ、次いで圧力下で互いに結合される。

無端の成形体の押出し成形及び次いで行われるシールリングの製造によって、ほぼ無制限に大きな直径のシールリングを製造することができ、このとき上に述べた溶接法には、これにより接合箇所に、つまり自由端部に均一な材料を備えた、接合箇所を生ぜしめることができるという利点がある。接合箇所は、接合によってもたらされた材料を有しない。このことは、両方の自由端部の間におけるシームに、温度変化及び化学的な影響に対する、オリジナル材料における高い耐久性及び堅牢度を可能にする。

さらに別の利点としては、第３及び第４の方法ステップを、必要ならば「現場で」、例えば設置箇所で行えるということがある。これによって、最初は無端でベルト状の、所定長さに切断されたシール異形材を、比較的問題なく運搬することができるという利点が得られる。運搬は、ボール紙パッケージにおいて、通常の小包発送によって行うことができる。

さらに本発明は、上に述べたようなシール部材と少なくとも２つの機械要素とを有するシールアセンブリに関しており、本発明に係るシールアセンブリでは、シール部材はそのクランプアームでそれぞれ形状結合式に、一方の機械要素の取付け溝内に配置されていて、該取付け溝はクランプアームとほぼ静的にシール作用をもって接触しており、かつ他方の機械要素はシールリップと動的にシール作用をもって接触している。

機械要素は、大型ころがり軸受の軸受シェルによって形成されていてよい。このような大型ころがり軸受は、例えば風車において使用され、このときそのために使用されるシール部材の直径は、例えば約４ｍ以上である。

本発明に係るシールアセンブリの好適な態様では、一方の機械要素は、孔を備えたハウジングによって形成されていて、他方の機械要素は、ハウジングによって半径方向間隔をおいて取り囲まれた軸によって形成されており、半径方向間隔によって形成された間隙内に、シール部材が配置されていて、該シール部材はそのシールリップで軸を、動的にシール作用をもって取り囲んでいる。

次に、図面を参照しながら、本発明に係るシール部材及び、シール部材を有するシールアセンブリの各１つの実施の形態を詳説する。

シールリングとして形成されかつほぼＨ字形の断面形状を備えたシール異形材を有するシール部材を示す図である。 シールアセンブリに取り付けられた、図１に示したシール部材を示す図であって、互いにシールされる２つの機械要素がころがり軸受の軸受レースによって形成されている態様を示す図である。 シールアセンブリに取り付けられた状態のシール部材を拡大して示す図である。 クランプアームで機械要素の取付け溝に取り付けられる本発明に係るシール部材の第１の取付け工程を示す図である。 クランプアームで機械要素の取付け溝に取り付けられる本発明に係るシール部材の第２の取付け工程を示す図である。 クランプアームで機械要素の取付け溝に取り付けられる本発明に係るシール部材の第３の取付け工程を示す図である。 クランプアームで機械要素の取付け溝に取り付けられる本発明に係るシール部材の第４の取付け工程を示す図である。

図１には、本発明に係るシール部材１の１つの実施の形態が示されており、このシール部材１はＨ字形の断面形状を備えたシール異形材２を有している。シール部材１は、シールリング２４として形成されていて、図示の横断面図で見て、２つの長手方向ウェブ３，４を有しており、両長手方向ウェブ３，４は、互いに間隔をおいて隣接して配置されている。両長手方向ウェブ３，４は、横方向ウェブ５によって互いに結合されており、かつ、横断面で見て横方向ウェブ５の中心に配置された仮想平面６を挟んで対称的に形成されている。

横方向ウェブ５は、ジョイント７として形成されていて、これによってシール部材１を取り付けることができる。このようなシール部材１の取付けは、後で図４〜図７を参照して詳しく述べる。

シール部材１が全体として一体にかつ材料均一に形成されていて、エラストマ特性を備えた材料から成っていることは、重要である。図示の実施の形態では、シール部材１が成っている材料は、７０〜９５のショアＡ硬度を有するポリウレタンである。

各長手方向ウェブ３，４は、クランプアーム８，９及びシールリップ１０，１１を有している。長手方向ウェブ３のクランプアーム８及びシールリップ１０と長手方向ウェブ４のクランプアーム９及びシールリップ１１とは、横方向ウェブ５によって互いに結合されており、このときシールリップ１０，１１は、各長手方向ウェブ３，４の対応するクランプアーム８，９の長さ１４，１５よりも少なくとも係数２だけ大きい、つまり少なくとも２倍大きい長さ１２，１３を有している。図示の実施の形態では、シールリップ１０，１１の互いに向かい合っている側面１７，１８と、シールリップ１０，１１の互いに反対側を向いている側面２１，２２とには、例えば溝のような表面成形部２３が設けられており、これらの表面成形部２３は、マイクロ・潤滑剤貯留部を形成している。比較的低い摩擦係数を有するポリウレタン材料と一緒に、成形部に配置された潤滑剤は、摩擦モーメントをさらに低減させ、かつこれによってシール部材１の緊急時運転特性及び乾燥時運転特性を改善する。

図２には、図１に示したシール部材１がシールアセンブリに取り付けられた状態で示されている。図２には、シールアセンブリの一部が示されている。シールアセンブリのこの実施の形態では、２つの機械要素２７，２８は、ころがり軸受の外レースと内レースとによって形成されており、シール部材１はそのクランプアーム８，９で、外レースとして形成された機械要素２７の取付け溝２９内に形状結合式（formschluessig）に配置されている。クランプアーム８，９は、取付け溝２９内に静的にシール作用をもって配置されている。シールリップ１０，１１は、半径方向内側に隣接する機械要素２８のシールされる表面に接触し、動的にシールしている。

図３にはシール部材１が拡大図で示されている。取付け溝２９は、クランプアーム８，９を収容するアンダカット部を備えており、このときクランプアーム８，９は、静的なシール作用をもって取付け溝２９内に配置されている。

シールリップ１０，１１は、軸方向において、潤滑剤リザーバ２０を画定しており、この潤滑剤リザーバ２０は、例えば遮断グリースである潤滑剤１９によって満たされている。シールリップ１０，１１の側面１７，１８，２１，２２は、それぞれ表面成形部２３を有しており、この表面成形部２３は、該表面成形部２３に配置された潤滑剤１９と一緒に、シールリップ１０，１１と機械要素２８との間における摩擦及びシールリップ１０，１１の摩擦による摩耗が減じられるように作用する。

上に述べたシール部材１は、まず第１の方法ステップにおいて、無端のベルト状のシール異形材２が押し出され、第２の方法ステップにおいて、押し出されたシール異形材２が所定の長さに切断されることによって、製造される。第３の方法ステップにおいて、短くされたシール異形材２はリング状に変形され、自由端部２５，２６は、溶接工程によって互いに結合される。

機械要素２７の取付け溝２９内へのシール部材１の取付けは、図４〜図７に示されており、これについては以下に詳しく述べる。

シール部材１はまず、そのクランプアーム８，９のうちの一方で、取付け溝２９の第１のアンダカット部３１に引っ掛けられる（図４参照）。他方のクランプアーム９，８はこのとき、取付け溝２９に隣接する機械要素２７に接触している。シール部材１は図４においてその製造に基づく本来の状態で示されている。

図５において、既に引っ掛けられたクランプアーム８，９とは対角線方向で反対側に位置するシールリップ１１，１０が、取付け工によって、ジョイント７として形成された横ウェブ５を中心にして、隣接したシールリップ１０，１１から離反方向で移動させられ、これによってクランプアーム９，８は、隣接したクランプアーム８，９に向かって旋回させられる。

図６において、クランプアーム９は、取付け溝２９の第２のアンダカット部３２内に進入してスナップ結合され、これによって形状結合式に取付け溝２９内において保持される。次いで取付け工がシールリップ１１を解放すると、シールリップ１１は弾性的に再び、製造に基づく本来の形状に戻る。

図７には、取付け溝２９内に取り付けられたシール部材１が示されている。

Claims (20)

1. シール部材（１）が、ほぼＨ字形の断面形状を備えたシール異形材（２）を有することを特徴とするシール部材（１）。
2. 前記シール異形材（２）は、横断面で見て、互いに間隔をおいて隣接配置された２つの長手方向ウェブ（３，４）を有していて、該２つの長手方向ウェブ（３，４）は、横ウェブ（５）によって互いに結合されている、請求項１記載のシール部材（１）。
3. 前記シール異形材（２）は、横断面で見て、前記横ウェブ（５）の中心に配置されている仮想平面（６）を挟んで対称的に形成されている、請求項１又は２記載のシール部材（１）。
4. 前記横ウェブ（５）は、ジョイント（７）として形成されていて、該ジョイント（７）を中心にして前記長手方向ウェブ（３，４）は相対的に洗濯ばさみ状に旋回運動可能である、請求項２又は３記載のシール部材（１）。
5. 前記長手方向ウェブ（３，４）は、それぞれ前記横ウェブ（５）を起点として一方にクランプアーム（８，９）を、かつ他方にシールリップ（１０，１１）を有している、請求項２から４までのいずれか１項記載のシール部材（１）。
6. それぞれ前記横ウェブ（５）を起点として見たとき、前記長手方向ウェブ（３，４）それぞれの前記シールリップ（１０，１１）の長さ（１２，１３）は、対応する前記クランプアーム（８，９）の長さ（１４，１５）の少なくとも２倍である、請求項５記載のシール部材（１）。
7. 前記クランプアーム（８，９）は、係止突起状に形成されている、請求項５又は６記載のシール部材（１）。
8. 前記クランプアーム（８，９）の前記長さ（１４，１５）は、前記横ウェブ（５）の枢着に有効な幅（１６）の０.７５〜１.５倍である、請求項５から７までのいずれか１項記載のシール部材（１）。
9. 前記シールリップ（１０，１１）は、互いに向かい合っている側面（１７，１８）によって、潤滑剤（１９）によって満たされた潤滑剤リザーバ（２０）を画定している、請求項５から８までのいずれか１項記載のシール部材（１）。
10. 前記シールリップ（１０，１１）の前記互いに向かい合っている側面（１７，１８）及び／又は互いに反対側を向いている側面（２１，２２）は、表面成形部（２３）を有している、請求項９記載のシール部材（１）。
11. 当該シール部材（１）は、材料均一に形成されていて、エラストマ特性と７０〜９５のショアＡ硬度を有する材料から成っている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のシール部材（１）。
12. 前記材料は、ポリウレタンによって形成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のシール部材（１）。
13. 前記材料は、摩擦を減じる充填剤を含んでいる、請求項１１又は１２記載のシール部材（１）。
14. 当該シール部材（１）はシールリング（２４）として形成されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のシール部材（１）。
15. 請求項１から１４までのいずれか１項記載のシール部材（１）を製造する方法であって、第１の方法ステップにおいて、無端のベルト状のシール異形材（２）を押し出し、第２の方法ステップにおいて前記シール異形材（２）を所定長さに切断し、所定長さに切断された該シール異形材（２）を、第３の方法ステップにおいてリング状に変形し、シールリング（２４）に成形された前記シール異形材（２）の両方の自由端部（２５，２６）を、第４の方法ステップにおいて互いに結合することを特徴とする、シール部材（１）を製造する方法。
16. 前記シール異形材（２）を第３の方法ステップにおいて、４００ｍｍ以上の直径を有するシールリング（２４）に成形する、請求項１５記載の方法。
17. 前記両方の自由端部（２５，２６）を、第４の方法ステップにおいて溶接する、請求項１５記載の方法。
18. 前記自由端部（２５，２６）を、鏡面溶接によって結合する、請求項１７記載の方法。
19. 請求項１から１４までのいずれか１項記載のシール部材（１）と少なくとも２つの機械要素（２７，２８）とを有するシールアセンブリであって、前記シール部材（１）はそのクランプアーム（８，９）でそれぞれ形状結合式に、一方の機械要素（２７）の取付け溝（２９）内に配置されていて、該取付け溝（２９）は前記クランプアーム（８，９）とほぼ静的にシール作用をもって接触しており、かつ他方の機械要素（２８）は前記シールリップ（１０，１１）と動的にシール作用をもって接触していることを特徴とするシールアセンブリ。
20. 前記一方の機械要素（２７）は、孔を備えたハウジングによって形成されていて、他方の機械要素（２８）は、前記ハウジングによって半径方向間隔をおいて取り囲まれた軸によって形成されており、前記半径方向間隔によって形成された間隙（３０）内に、前記シール部材（１）が配置されていて、該シール部材（１）はそのシールリップ（１０，１１）で前記軸を、動的にシール作用をもって取り囲んでいる、請求項１９記載のシールアセンブリ。

Images