JP2018189236A - シール - Google Patents

Abstract

【課題】シールが密封すべき空間から密封すべき媒体によって不十分にしか潤滑されないか、またはまったく潤滑されない場合にも、このシールが長い使用期間にわたって一定の良好な使用特性を有すること。
【解決手段】支持リング１と、少なくとも１つのシールリング２とを含むシールであって、シールリング２と支持リング１とが互いに結合されており、支持リング１は、外周面を有し、半径方向で外周面側においてシールリング２の被覆部５により少なくとも部分的に取り囲まれており、シールリング２は、動的負荷を受ける少なくとも１つのシールリップ６を有し、該シールリップ６は、シールリング２の、外周面とは半径方向で反対の側に配置されている、シール。シールリング２は、導電性のポリマ材料から成っており、被覆部５とシールリップ６とが互いに一体的に移行し合うように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、支持リングと少なくとも１つのシールリングとを有するシールであって、シールリングと支持リングとが互いに結合されており、支持リングは外周面を有しており、半径方向の外周面側でシールリングの被覆部によって少なくとも部分的に取り囲まれており、シールリングは、動的負荷を受ける少なくとも１つのシールリップを有しており、該シールリップは、シールリングの、被覆部とは半径方向で反対の側に配置されているシールに関する。

先行技術
このようなシールは、独国特許出願公開第１０２０１４０１０２６９号明細書から公知である。支持リングは、靱性の材料、たとえば金属材料またはポリマ材料から成っている。シールリングは直接または間接的に支持リングに結合されている。この場合、シールリングはエラストマ材料から成っている。さらに、公知のシールは、導電性かつ空気透過性の材料から成る実質的に円環状に形成されたディスクを有している。このディスクは、−支持リングに関連して−別個に形成された個別部分として形成されていて、支持リングに結合されている。ディスクは、導電性の不織布材料から成っており、手前側シールとして形成されている。手前側シールは、シールリングのシールリップに軸方向の間隔を置いて隣り合うように対応して配置されている。規定通りの使用の間、手前側シールはシールリップの、周辺に面した側に配置されている。手前側シールは、周辺からの汚染物質がシールリップへと侵入することを阻止する、という役目を有している。これにより、シールの、長い使用期間にわたって一定の良好な使用特性が達成される。

別のシールが、独国特許出願公開第１０３４０８０２号明細書から知られている。このシールのシールリングは、導電性のエラストマ材料から成っている。シールは、歯列部分を有する構成部材を密封するために使用される。この場合、この歯列部分の運動時に電荷分離が行われる。これにより発生した電流は、一部では密封すべき媒体、つまり使用されている潤滑剤を通って導出され、かつ一部では電流は互いに密封すべき構成部材に引き続き案内される。導電性のエラストマ材料により、有利には電流は簡単にシールリングを通って導出可能である。複数の公知の実施例のうちの１つでは、動的負荷を受けるシールリップには、密封すべき空間とは軸方向で反対側において、ダストリップが配置されている。このダストリップは、シールリップと一体的に、つまりワンピースにかつ一様な材料から形成されており、したがって同様に導電性のエラストマ材料から成っている。しかしこの場合、満足することができる使用期間を達成するためには、エラストマ材料がその規定された使用の間、常に十分に潤滑されなければならないことに注意しなければならない。この場合、潤滑は通常、密封すべき媒体により行われる。潤滑が、シールの規定された使用の間に不足した場合、シールリングのエラストマ材料は迅速に摩耗し、シールは既に短い使用期間後に劣化した使用特性を有するようになってしまう。

発明の概要
本発明の根底を成す課題は、冒頭で述べた形式のシールを改良して、シールが密封すべき空間から密封すべき媒体によって不十分にしか潤滑されないか、またはまったく潤滑されない場合にも、このシールが長い使用期間にわたって一定の良好な使用特性を有することである。シールは、さらに静電気の帯電と、その結果生じる、互いに密封すべき機械要素の損傷とを確実に阻止することが望ましい。

この課題は、請求項１に記載の特徴により解決される。有利な構成は、従属請求項に記載されている。

この課題を解決するために、シールリングが、導電性のポリマ材料から成っていて、被覆部とシールリップとが互いに一体的に移行し合うように形成されていることが提案されている。この場合、ポリマ材料は、エラストマ材料とは異なり、不十分にしか潤滑されていない場合でも、長い使用期間の間、十分に一定のままの良好な使用特性を有しているので有利である。この理由から、動的負荷を受けるシールリップは問題なしに、実際に潤滑されていない手前側シールとして、メインシールリップの周辺に面した側に配置されていてもよい。導電性の不織布材料に対して、導電性のポリマ材料は、密封すべき機械要素の密封すべき表面へのシールリップの圧着が全使用期間の間、実質的に一定であるので有利である。同様に、導電性の不織布材料から成るシールリップとは異なり、ポリマ材料から成るシールリップは、ドライ運転に比較的良好に耐える。ポリマ材料は、湿分を吸収せず、さらに、たとえば２００００ｍｉｎ^−１以上の高い回転数で運転される、密封すべき機械要素を長い使用期間の間、確実に密封することができる。さらに、ポリマ材料から成るシールリングは、不織布材料から成るシールリングよりも、密封すべき軸の起こり得る軸ずれを良好に補償することができるので有利である。

シールリングの導電性のポリマ材料により、互いに密封すべき機械要素の間で切り離された電気的なブリッジが生じる。互いに密封すべきこれらの機械要素は、たとえば密封すべき表面を有する密封すべき軸とハウジングとにより形成されていてもよく、ハウジングは、密封すべき軸を半径方向の間隔を空けて外周面側で取り囲んでいる。この場合、この間隔により形成されたギャップ内にシールが配置されている。

有利な構成では、導電性のポリマ材料は、ＰＴＦＥ材料であることが規定されていてもよい。このような材料は、上述の利点を特別な程度で有している。この材料から成るシールリップは、実際に自己潤滑特性を有しているからである。このような材料から成るシールリップは、したがって長い使用期間の後にもほぼ摩耗を有しておらず、したがって常に十分に同一の使用特性を有している。

被覆部とシールリップとは、有利には一様な材料で形成されている。この場合、このようなシールは製造技術的に簡単かつ廉価に製造可能であるので有利である。被覆部とシールリップとを互いに異なる材料から製造することが使用事例の各状況によって有利である場合には、互いに異なるこれらの両ポリマ材料は、それぞれ導電性であり、これによりこのシールを含むシールアセンブリから静電気の帯電を導出することができる。

有利な構成によれば、支持リングは、半径方向脚部と、半径方向外側で該半径方向脚部に続く軸方向脚部とを備え、ほぼＬ字形に形成されていることが規定されていてもよい。一般的に、支持リングは金属材料またはポリマ材料から成っていてもよい。支持リングの導電性は、シールの有利な使用特性にとって不要である。電気的絶縁破壊は、シールリングがシールリップから被覆部に至るまで導電性のポリマ材料から成っていることによって阻止されるからである。半径方向脚部の半径方向内側に、通常は動的負荷を受けるシールリップが枢着されている。被覆部はこれに対して、軸方向脚部により半径方向外側で支持されている。

軸方向脚部は、被覆部によって外周面側で完全に取り囲まれていてもよい。この場合、シールの導電性は、軸方向脚部による被覆部の良好な支持によって特に確実に機能するので有利である。

被覆部は、半径方向で半径方向脚部に沿って、動的負荷を受けるシールリップに一体的に移行するまで延びている。これにより、互いに密封すべき機械要素、たとえば密封すべき軸と、密封すべき軸を周方向で取り囲んでいるハウジングとの間で単純な導電接続が生じる。

導電性のシールリングは、互いに密封すべき機械要素間の制御された等電位化を生ぜしめる。複数の機械要素のうち一方の機械要素への静電気の帯電および引き続き生じる、別の電位を有する他方の機械要素への絶縁破壊による機械要素の機械的な損傷は、したがって排除されている。

上述のシールが使用されているシールアセンブリでは、互いに密封されている機械要素のうち一方の機械要素が、規定された接地電位（たとえば接地電位としての自動車のボディ）にアースされているので、導電性のシールリングにより、他方の機械要素に対する等電位化が達成される。

第１の構成によれば、動的負荷を受けるシールリップが、密封すべき空間内で密封すべき媒体を密封するためのメインシールリップとして形成されていることが規定されていてもよい。このために、動的負荷を受けるシールリップは、シールの規定通りの使用の間、少なくとも軸方向で密封すべき空間の方向に湾曲されている。シールリップの、密封すべき機械要素に半径方向で面している側に、このシールリップはたとえば表面成形部を有していてもよく、この場合、表面成形部は、たとえば潤滑剤ポケットおよび／または戻し旋条部を有していてもよい。

別の構成によれば、動的負荷を受けるシールリップが、手前側シールリップとして形成されていることが規定されていてもよい。手前側シールリップとは、切り離された電気的なブリッジである。これに関連して、「切り離された」とは、使用されているメインシールリップのシール機能が、手前側シールリップにより形成されている電気的なブリッジの機能から切り離されていることであると理解される。手前側シールリップは、この場合、密封すべき媒体に直接に接触していない。この場合、手前側シールリップの電気抵抗が全使用期間の間ほぼ一定であるので有利である。手前側シールリップが密封すべき媒体に接触していると、シールの規定通りの使用の間に抵抗は常にかつコントロールされずに変化してしまう。

上述のシールリップが手前側シールリップとして形成されている場合、この手前側シールリップに、密封すべき空間内で密封すべき媒体を密封するメインシールリップとしての、動的負荷を受ける別のシールリップが機能技術的に直列に軸方向で手前側に配置されていてもよい。このような別のシールリップを形成している材料は、使用事例の各状況に適合されていてもよい。この別のシールリップを同様に導電性に形成することは不要である。

動的負荷を受ける別のシールリップは、ポリマ材料またはエラストマ材料から成っていてもよい。ポリマ材料、たとえばＰＴＦＥ材料が使用される場合、別のシールリップを弾性的な半径方向の予荷重を加えながら密封すべき機械要素に押し当てる、たとえば環状コイルばねのような、別個に形成されたばねエレメントは不要である。

これに対してエラストマ材料が使用される場合、このシールリップは半径方向の外周面側でばねエレメント、たとえば環状コイルばねによって、取り囲まれていてもよい。特に封止すべき軸が静止している場合、かつ／または密封すべき空間内に小さな相対的な正圧しかない場合に、このばねエレメントは、密封すべき機械要素の密封すべき表面における別のシールリップによる良好な密閉のために働く。

支持リングは、金属材料から成っていてもよい。このような支持リングは、多くの寸法設計において簡単かつ廉価に製造可能である。

シールリングは、支持リングに直接に隣り合って接していてもよい。別の構成によれば、シールリングは支持リングにエラストマストリップを介して間接的に隣り合って接していることが規定されていてもよい。

エラストマストリップは、軸方向脚部および／または半径方向脚部を完全に取り囲んでいてもよい。この場合、支持リングが、この構成によって、外部の影響、たとえば湿気の侵入に対して特に良好に保護されているので有利である。

上述のシールによって生ぜしめられるような等電位化なしでは、絶縁破壊によって、互いに密封すべき機械要素の機械的な損傷が引き起こってしまう。等電位化により、機械要素の互いに異なる大きさの電位が補償される。絶縁破壊は、一般的に、互いに異なる電位を有する機械要素が互いに隣り合って近くに配置されているほど起こりやすくなる。このような絶縁破壊は、比較的少ない電荷を有する機械要素における材料除去を生ぜしめ、絶縁破壊が行われる領域における材料組織の不都合な変化を引き起こしてしまう。

第１の機械要素は、電動モータの駆動軸によって形成されていてもよく、第２の機械要素は電動モータに結合され、駆動軸を取り囲んでいる伝動装置のハウジングにより形成されていてもよい。

上述のシールのこの特別な使用は特に有利である。電動モータと伝動装置とが一緒に１つの駆動ユニットを形成する場合、電動モータの駆動によって通常は駆動ユニットの個々の構成部材の静電気の帯電が生じ、ひいては静電気が帯電していない構成部材間の電位差が生じる。一般的に、手間のかかる構造的な手段によって、互いに異なる電位を有する２つの構成部材間の等電位化を実施する可能性が存在する。本発明に係るシールでは、この等電位化が極めて簡単に、導電性の材料から成るシールリング自体により達成される。この場合、シールは簡単な構造を有しており、簡単かつ廉価に製造可能である。

本発明に係るシールの４つの実施の形態を図１から図４に概略的に示し、以下に詳しく説明する。

シールリングのシールリップが、密封すべき空間内で密封すべき媒体を密封するためのメインシールリップとして形成されている、特に簡単な構造を有する第１の実施の形態を示す図である。 動的負荷を受けるシールリップが、密封すべき空間内で密封すべき媒体を密封すべきメインシールリップとして形成されている別のシールリップに関して、手前側シールリップとして形成されている、図１に示した第１の実施の形態に類似する第２の実施の形態を示す図である。 シールリップがそれぞれエラストマストリップにより間接的に支持リングに取り付けられている、第３の実施の形態を示す図である。 別のシールリップとして、外周面側で環状コイルばねにより取り囲まれているエラストマシールリップが使用されている、図３に示した実施の形態に類似する第４の実施の形態を示す図である。

発明の説明
図１から図４にはシールのそれぞれ１つの実施の形態が示されている。シールは、支持リング１とシールリング２とを有している。この場合、シールリング２は、支持リング１に取り付けられている。

支持リング１は、Ｌ字形に形成されていて、半径方向脚部７と軸方向脚部８とを有している。軸方向脚部８は、周方向１２で被覆部５により完全に取り囲まれている。シールリング２は、動的負荷を受けるシールリップ６を有している。シールリップ６は、シールリング２の、被覆部５とは半径方向で反対の側に配置されている。

シールリング２は、導電性のポリマ材料、図示された実施の形態ではＰＴＦＥ材料から成っている。この場合、被覆部５と、シールリップ６とは、互いに一体的に移行し合うように形成されている。これにより、シールリング２は、シールリップ６から被覆部５に至るまで導電性であり、これにより密封すべき軸１３とハウジング１４との間の等電位化を確保することができる。この場合、ハウジング１４は、密封すべき軸１３を半径方向に間隔を空けて外周面側で取り囲んでいる。これによって、密封すべき軸１３とハウジング１４との間の静電気の帯電が阻止され、互いに密封すべき機械要素１３，１４に損傷を与えてしまう絶縁破壊も阻止することができる。

図示されたシールアセンブリでは、シールリングの被覆部５が上述の等電位化のために働くだけではなく、さらに静的に密封するように形成されているので特に有利である。したがって、ハウジング１４に対する密封のための別個に製造すべき静的なシールは不要である。

図１には、第１の実施の形態が示されている。この実施の形態は特に簡単かつ廉価に製造可能である。シールは、２つの部分、つまり支持リング１およびシールリング２しか有していない。この場合、シールリング２は、被覆部５とシールリップ６とを含んでいる。被覆部５とシールリップ６とは互いに一体的に移行し合い、かつ一様な材料で形成されている。シールリップ６は、図１に示された実施の形態では軸方向で、シールアセンブリの密封すべき空間１５の方向に湾曲させられている。

これに対して図２では、動的負荷を受けるシールリップ６が手前側シールリップとして形成されており、軸方向でシールアセンブリの周辺１６の方向に湾曲させられている。付加的に、この実施の形態では別のシールリップ９が設けられている。このシールリップ９は、メインシールリップとして、密封すべき空間１５内に密封すべき媒体を密封するために設けられている。この別のシールリップ９は、動的負荷を受けるシールリップ６に機能技術的に直列に、密封すべき空間１５から見て軸方向１０で手前側に配置されている。

図１および図２では、動的負荷を受けるシールリップ６が直接に支持リング１に隣り合って取り付けられている。別のシールリップ９も図２では支持リング１に直接に隣り合って接している。

図３には、図２に示した実施の形態に類似している第３の実施の形態が示されている。この場合、支持リング１は、エラストマストリップ１１により完全に取り囲まれている。動的負荷を受けるシールリップ６および動的負荷を受ける別のシールリップ９は、エラストマストリップ１１に結合されており、これによりシールリング２は支持リング１にエラストマストリップ１１を介して間接的に隣り合って接している。

半径方向脚部７には、半径方向の内周面側でエラストマシールリップ１７が配置されている。このエラストマシールリップ１７は、軸方向１０で、動的負荷を受けるシールリップ６と動的負荷を受ける別のシールリップ９との間で、密封すべき軸１３の密封すべき表面を、半径方向の予荷重を加えながら密封するように取り囲んでいる。

図４には、図３に示した実施の形態に類似している第４の実施の形態が示されている。ポリマ材料から成る、動的負荷を受ける別のシールリップ９の代わりに、エラストマ材料から成る、動的負荷を受ける別のシールリップ９が使用されている。この別のシールリップ９は、従来の運動用接触型シール（Radialwellendichtring）の形態で形成されている。この場合、この別のシールリップ９は、環状コイルばね１８により、密封すべき軸１３の外周面に密着するように押し当てられている。

図３に示した実施の形態と同様に、軸方向１０で、動的負荷を受けるシールリップ６と、動的負荷を受ける別のシールリップ９との間にエラストマシールリップ１７が配置されている。このエラストマシールリップ１７は、別のシールリップ９のための手前側シールを形成しており、別のシールリップ９に軸方向で周辺１６に向かって手前側に配置されている。

図３および図４では、上述の等電位化は、動的負荷を受けるシールリップ６により達成される。このシールリップ６は、密封すべき軸１３をハウジングに導電接続する。

全体的に、等電位化を達成する動的負荷を受けるシールリップ６が、耐摩耗性のポリマ材料から成っており、これによりこのシールリップが、図１に図示されているように、密封すべき媒体を有する密封すべき空間１５内に配置されていてもよいだけではなく、これにより密封すべき媒体により潤滑されることは際立って有利である。このシールリップ６は、図２〜図４に示すように、周辺１６に配置され、したがって、密封すべき空間１５内の密封すべき媒体に接触しなくてもよい。使用された有利なポリマ材料のおかげで、密封すべき媒体による潤滑は不要である。

Claims (15)

1. 支持リング（１）と、少なくとも１つのシールリング（２）とを含むシールであって、
   前記シールリング（２）と前記支持リング（１）とが互いに結合されており、前記支持リング（１）は、外周面（３）を有し、半径方向（４）で外周面側において前記シールリング（２）の被覆部（５）により少なくとも部分的に取り囲まれており、前記シールリング（２）は、動的負荷を受ける少なくとも１つのシールリップ（６）を有し、該シールリップ（６）は、前記シールリング（２）の、前記被覆部（５）とは半径方向で反対の側に配置されている、シールにおいて、
   前記シールリング（２）は、導電性のポリマ材料から成っており、前記被覆部（５）と前記シールリップ（６）とは、互いに一体的に移行し合うように形成されていることを特徴とする、シール。
2. 前記導電性のポリマ材料は、ＰＴＦＥ材料である、請求項１記載のシール。
3. 前記被覆部（５）と前記シールリップ（６）とは、一様な材料で形成されている、請求項１または２記載のシール。
4. 前記被覆部（５）は、静的に密封するように形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のシール。
5. 前記支持リング（１）は、半径方向脚部（７）と、該半径方向脚部（７）に半径方向（４）外側で続く軸方向脚部（８）とを備え、ほぼＬ字形に形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のシール。
6. 前記軸方向脚部（８）は、前記被覆部（５）によって外周面側で完全に取り囲まれている、請求項１から５までのいずれか１項記載のシール。
7. 前記被覆部（５）は、半径方向（４）で前記半径方向脚部（７）に沿って、動的負荷を受ける前記シールリップ（６）にまで、互いに一体的に移行し合うように延びている、請求項１から６までのいずれか１項記載のシール。
8. 動的負荷を受ける前記シールリップ（６）は、密封すべき空間内で密封すべき媒体を密封するためのメインシールリップとして形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のシール。
9. 動的負荷を受ける前記シールリップ（６）は、手前側シールリップとして形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のシールリップ。
10. 動的負荷を受ける前記シールリップ（６）に、密封すべき空間内で密封すべき媒体を密封するためのメインシールリップとしての動的負荷を受ける別のシールリップ（９）は、機能技術的に直列に軸方向（１０）で手前側に配置されている、請求項９記載のシールリップ。
11. 動的負荷を受ける前記別のシールリップ（９）は、ポリマ材料またはエラストマ材料から成っている、請求項１０記載のシール。
12. 前記支持リング（１）は、金属材料から成っている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のシール。
13. 前記シールリング（２）は、前記支持リング（１）に直接に隣り合って接している、請求項１から１２までのいずれか１項記載のシール。
14. 前記シールリング（２）は、前記支持リング（１）に、エラストマストリップ（１１）を介して間接的に隣り合って接している、請求項１から１２までのいずれか１項記載のシール。
15. 前記エラストマストリップ（１１）は、前記軸方向脚部（８）および／または前記半径方向脚部（７）を完全に取り囲んでいる、請求項１４記載のシール。