JP4125258B2 - シールリング - Google Patents

Description

本発明はシールリングに関する。より詳細には、本発明は、半径方向に延伸するフランジを有するサポートリングと、シールスリーブとを含むシールリングに関する。

上記の形式のシールリングは公知である（例えば特許文献１参照）。シールリングは、軸方向に延伸するフランジと半径方向に延伸するフランジとから成るサポートリングならびに、このサポートリングに固定されているシールスリーブを含む。ハウジングを密封するために、サポートリングの軸方向に延伸するフランジにエラストマー材料から成る密閉部が加硫接合されている。シールスリーブのシャフトに対向する面に少なくとも１つの逆流溝が設けられ、それによって密封すべき媒体が密封すべき空間に向かって逆流される。シールスリーブは、エラストマー材料から成り、そしてサポートリングとの結合部からその自由端まで実質上均一に形成されている。シールスリーブの自由端は、専らエラストマー材料の弾性によって密封すべき機械要素の密封すべき表面に押し付けられている。このときシールスリーブの機械要素に対する押圧力が低くして、それによって長寿命のシールスリーブが提供されることが好ましい。
独国特許出願公開第10033446号明細書

本発明は、冒頭に記載した形式の、シールスリーブを有してなるシールリングを改良して、シールスリーブの自由端が突出する方向とは無関係に、シールスリーブを高い押圧力で密封すべき機械要素の表面に当接させ、かつシールリングが簡単かつ安価に製造可能であるようにすることを課題としている。このとき、組立が不完全になされるという危険性は、最小限に低減されなければならない。

上記課題は、本発明の請求項１記載の特徴部によって解決される。すなわち上記課題は、半径方向フランジを有するサポートリングと、シールスリーブとを含むシールリングであって、シールスリーブが、その自由端で、隣接する部分よりも厚みをもって形成されている環形状の隆起部と結合しているシールリングによって解決される。有利な態様については、下位の請求項が参照される。

上記課題は、上記の形式のシールリングにおいて、その隣接する部分よりも肉厚に形成され、周囲よりも厚い厚みを有する概略環形状の隆起部と、シールスリーブとが、シールスリーブの自由端で結合していることにより解決される。

本発明による隆起部によって、密封すべきシャフト又は機械要素に対するシールスリーブの自由端における半径方向の押圧力が増大し、そして特にシールスリーブの自由端が周囲の空間に向かって突出し、かつ密封すべき空間が加圧されている場合に、密封すべき媒体の漏れが防止される。この場合にも、隆起部が設けられていることによって、シールスリーブは密封すべきシャフトの表面から浮き上がることがない。隆起部は、シールスリーブに対して構造的に想定されている可能性のあるあらゆる運転条件下において、密閉部又はシールが常にシャフトに当接するように設計されている。簡単な構造であるために、このシールリングを密封すべきシャフトに簡単に取り付けることができる。リング状の螺旋形のバネは不要である。

エラストマー材料が密封すべきシャフトに対して半径方向の押圧力をそのゴム弾性に基づいて生じるため、隆起部はエラストマー材料から形成されることが好ましい。

弾性を有する中間層を介して、シールスリーブを、サポートリングの半径方向に延伸する半径方向フランジに固定する構成が有利である。弾性を有する中間層によって、多孔質材料から成るシールスリーブでさえも簡単にサポートリングに固定することが可能となる。

有利な一実施態様では、シールスリーブの密封すべきシャフトとは反対側の面に、周方向に延伸する面を取り囲む概略環形状の又は筒状の、自由表面が平坦な被覆が設けられている。中間層及び被覆にシールスリーブを固定することができる。シールスリーブが、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）のような付着性に乏しい自己潤滑材料から形成されているならば、このような態様は特に有利である。密閉部の最適な押圧を保証するために、半径方向の押圧力が主に隆起部によってもたらされるように、被覆がシールリングの半径方向の押圧力にわずかな影響しか与えないように、被覆は薄く形成されている。

一実施態様においては、周方向に均一に分布したリブを被覆に設けることができる。リブは、密封すべきシャフトとは反対側のシールスリーブの面に設けられている被覆の表面積を増大させ、それによって摩擦熱の放出が改善される。

もう１つの有利な実施態様の場合には、被覆が耐浸透性を有するように形成することができる。この構成は、シールスリーブが多孔質材料から形成されかつシールスリーブが非常に薄く形成されている場合に特に有利である。この場合、シールスリーブは、シャフトとは反対側の面で耐浸透性の被覆と結合し、それによってシールスリーブによる浸透が抑制される。

隆起部と被覆を一体的にかつ同一材料から形成することが有利である。隆起部と被覆、オーバーフローが一体として製造される場合には、隆起部を製造するための流れ断面又は連続する断面として利用される横断面がリブによって増大され、それによって被覆のリブにより隆起部の製造が簡単になる。隆起部と被覆を一体的に形成することによって隆起部をサポートリングに固定することができる。

隆起部がシールスリーブに接着結合されていることが好ましい。この接着結合によって、半径方向の押圧力は隆起部からシールスリーブの自由端に伝達される。それによってシールスリーブの密閉部（シール）が、隆起部により画定される押圧力をもって、密封すべきシャフトに押し付けられる。

隆起部の寸法の比率は、被覆の厚みに対する隆起部の高さの比（隆起部の高さ/被覆の厚み）が少なくとも４であり、及び／又は隆起部の幅に対する隆起部の高さの比（隆起部の幅/隆起部の高さ）が0.5〜５の範囲にあることが有利である。隆起部がこのような寸法の比率を有することによって、使用する全ての場合において、必要な押圧力を少ない材料で達成することができる。必要最小限の材料により、全ての場合において必要とされる押圧力をもたらすことができる。

有利な一実施態様においては、隆起部のシャフトに対向する面に、半径方向内側に向かって延伸又は突出する少なくとも１つのリップ形状の突起部が設けられている。この突起部は、それ自体閉じた形状を有して形成され、周方向に連続して切れ目なく形成され、密封すべきシャフトを密閉して取り囲む。突起部は１つの環を形成するように設けられている。このように構成されている突起部は、面で接触する突起部とは対照的に線状に接触し、シャフトに対して線状に圧力を加え、押圧し、それによってシャフトと隆起部の摩擦を低減させることができる。

シールスリーブのシャフトに対向する面に、密封すべき媒体を密封すべき室に向かって逆流させるための少なくとも１つの逆流溝が設けられていることが好ましい。逆流溝によって、シールリングの動的な密閉を改善し、シールスリーブを常に十分に潤滑することができる。このとき潤滑剤は、密封すべき媒体により形成され、密封すべき媒体それ自身であり、逆流作用によって、循環し、常に交換される。

有利な実施態様において、隆起部に設けられている突起部を閉じた環形状の突起部として形成し、この環形状の突起部によって逆流溝をシールスリーブの自由端において閉鎖することができる。突起部が閉じた形状、又は周方向で連続し、切れ目がないことによって、密封すべきシャフトが静止している場合においても、密封すべき媒体の漏れを防止することができる。通常、逆流溝の深さ、横断面の形状及びピッチは、シールスリーブの延伸する方向に沿って一定である。しかしながら、逆流溝の深さ、ピッチ及び／又は幅を、シールスリーブの延伸する方向に沿って可変とすることもできる。

サポートリングが軸方向に延伸する軸方向フランジを有し、この軸方向フランジが、半径方向に延伸する半径方向フランジの、密封すべきシャフトとは半径方向で反対の側と結合され、このとき軸方向フランジの外周面が静的な密閉部、すなわち固定シールによって取り囲まれていることが好ましい。この静的な密閉部は、ケーシングとシールリングとの間に密封をもたらし、密封を保証する。

有利な実施態様において、被覆及び固定シールはエラストマー材料から形成される。エラストマー材料は、ゴム弾性特性又はエラストマーが有する弾性的な特性によって製造公差の補償を可能とし、それによって例えばケーシング及び／又はシールリングのサポートリングを安価に製造することができる。

被覆によって、固定シールと隆起部が一体的にかつ同一材料から形成されることが有利である。このような構成により、これらの部材を単一の工程で製造することが可能となり、かつ場合によってはこれらの部材を傷つけ、これらの部材に欠陥をもたらすことがある組立工程を省略することができる。

代替的な実施態様において、被覆及び隆起部を固定シール（静的な密閉部）と異なるエラストマー材料から形成することができ、それによって、特別の運転要件のそれぞれの場合に最適化される材料を各部材に対して選択することができる。密封すべきシャフトと反対側の被覆の表面は平坦であることが好ましい。しかしながら、被覆の密封すべきシャフトと反対側の表面を波形、凹凸のある形状に形成することもできる。

シールスリーブをポリテトラフルオロエチレン（PTFE）コンパウンドから形成することが好ましい。シールスリーブをPTFEコンパウンドから形成することによって、シールスリーブをほとんどの密封すべき媒体に対して耐性を持たせることができる。さらにPTFE材料は、良好な熱安定性、良好な滑り特性及び必要とされる回転に対する優れた特性を有する。PTFEから形成されているシールスリーブは、実質上摩耗することがない。

一実施態様において、シールスリーブを周囲の空間に向かって突出させることができる。この構成によって、組立装置を使用することなく、シールリングの簡単な組立が可能になる。隆起部により、密封すべき媒体の圧力がより高い場合にも、シールスリーブを周囲の空間に向かって突出させる構成が可能になる。

代替的な実施態様において、シールスリーブを密封すべき空間に向かって突出させることができる。シールスリーブのこの取付方向は、周囲の空間に向かってシールスリーブを突出させる構成と比較して、密封すべき媒体のより高い圧力を許容することができる。

半径方向フランジを有するサポートリングと、シールスリーブとを含むシールリングであって、シールスリーブ（３）が、その自由端（５）で、隣接する部分よりも厚みをもって形成されている環形状の隆起部（６）と結合している。このような構成を有することによって、シールスリーブの自由端が突出する方向とは無関係に、シールスリーブを高い押圧力で密封すべき機械要素の表面に当接させることができ、かつシールリングを簡単かつ安価に製造することが可能となる。

さらに図１〜４に基づき、本発明によるシールリングの実施形態を詳説する。図１〜４はそれぞれシールリングの概略を示す図である。

図１は、軸方向に延伸する軸方向フランジ13及び半径方向に延伸する半径方向フランジ２を有する金属製サポートリング１と、シールスリーブ３とを含むシールリングを示し、このシールリングでは、シールスリーブ３の自由端５に、周方向に連続する環形状の隆起部６が接着結合されている。この実施形態では、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）から形成されているシールスリーブ３が、弾性を有する中間層４を介してサポートリング１に固定されている。シールスリーブ３は、周囲の空間15に向かって突出している。密封すべきシャフト７に対向するシールスリーブ３の面に、従来公知の設計に基づくピッチ、横断面及び条数を有する逆流溝11が設けられている。シールスリーブ３のシャフト７と反対側の面において、表面が平坦であり、周方向に延伸する面を取り囲む環形状のエラストマー材料製の被覆８がシールスリーブ３と結合され、この被覆８は、周方向で均一に分布又は周方向で一様に配置されているリブ９を有する。シールスリーブ３の自由端５において、この被覆は、周方向で連続する環形状をなすとともに厚みが増して、その隣接する部分よりも厚い厚みをもって形成されている隆起部６に移行する。被覆８は、シールスリーブ３の自由端５の位置に隆起部６を有し、この隆起部６は、被覆８よりも厚く、肉厚に形成され、周方向で連続する概略環形状をなす。この実施例の場合には、隆起部６及び被覆８は、同一材料からかつ一体的に形成されている。被覆８の厚みＤに対する隆起部６の高さＨの比（Ｈ/Ｄ）は10であり、隆起部６の幅Ｂに対する高さＨの比（Ｈ/Ｂ）は2.5である。シャフト７に対向する隆起部６の面には、シャフト７を同心に囲む少なくとも１つの突起部10が設けられ、この突起部は、周方向で閉じた、又は周方向で連続し、切れ目のない環形状となるように設計され、それによってシールスリーブ３の逆流溝11を遮断する。

ハウジング16でシールリングを密封するために、サポートリング１の軸方向フランジ13に、エラストマー材料の層から形成されている固定シール又は静的な密閉部14が加硫接合されている。この固定シール14は、被覆８及び隆起部６と一体的にかつ同一材料から製造されている。

図２は、本発明によるシールリングの代替的な実施態様を示す。この実施態様の場合には、隆起部６及び被覆８を形成するエラストマー材料と、固定シール14を形成するエラストマー材料とが互いに相違している。

図３は、本発明によるシールリングのさらに別の実施態様を示すが、この実施態様においては、被覆８にリブが設けられていない。

図４は、本発明のシールリングの修正された態様を示す。この実施態様の場合には、サポートリング１に軸方向フランジが設けられておらず、サポートリング１は、その半径方向に延伸する部分において、ハウジングシーリングキャップ16に取り付けられている。サポートリング１が軸方向フランジを備えていない点を除き、図４と図１に示すシールリングは実質上同様である。

本発明によるシールリングの一実施形態を示す縦断面図である。 隆起部を有する被覆と静的な密閉部が互いに異なる材料から形成されている本発明によるシールリングの一実施形態を示す図である。 被覆に周方向に分布するリブが設けられていない本発明によるシールリングの一実施形態を示す図である。 ハウジングシーリングキャップを伴うが、軸方向フランジが設けられていない本発明によるシールリングの一実施形態を示す図である。

符号の説明

１ サポートリング
２ 半径方向フランジ
３ シールスリーブ
４ 中間層
５ 自由端
６ 隆起部
７ シャフト
８ 被覆
９ リブ
１０ 突起部
１１ 逆流溝
１２ 密封すべき空間
１３ 軸方向フランジ
１４ 固定シール
１５ 周囲の空間
１６ ハウジング

Claims (20)

1. 半径方向フランジを有するサポートリングと、シールスリーブとを含むシールリングであって、
   前記シールスリーブ（３）が、その自由端（５）で、隣接する部分の厚みよりも厚く形成されている環形状の隆起部（６）と結合し、
   前記シールスリーブ（３）の、半径方向で密封すべきシャフト（７）に対向する面に、少なくとも１つの逆流溝（11）が設けられ、それによって密封すべき媒体を密封すべき空間（12）に向かって逆流させることができ、
   前記隆起部（６）の前記シャフトに対向する面に、半径方向内側に延伸する少なくとも１つのリップ形状の突起部（10）が設けられ、該突起部が、それ自体閉じた形状を有し、前記シャフト（７）を密封して取り囲むことを特徴とするシールリング。
2. 前記隆起部（６）がエラストマー材料から形成されている請求項１記載のシールリング。
3. 前記シールスリーブ（３）が、弾性を有する中間層（４）を介して、前記サポートリング（１）の半径方向フランジ（２）に固定されている請求項１又は２記載のシールリング。
4. 前記シールスリーブ（３）の、密封すべきシャフト（７）とは半径方向で反対側の面に、環形状の平坦な被覆（８）が設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載のシールリング。
5. 前記中間層（４）と前記被覆（８）が一体的にかつ同一材料から形成されている請求項４に記載のシールリング。
6. 前記被覆（８）が、周方向で均一に分布しているリブ（９）を備えている請求項４又は５記載のシールリング。
7. 前記被覆（８）が耐浸透性である請求項４〜６のいずれか１項に記載のシールリング。
8. 前記被覆（８）と前記隆起部（６）が、一体的にかつ同一材料から形成されている請求項４〜７のいずれか１項に記載のシールリング。
9. 前記隆起部（６）が、前記シールスリーブ（３）の自由端（５）に接着結合されている請求項１〜８のいずれか１項に記載のシールリング。
10. 前記被覆の厚み（Ｄ）に対する前記隆起部（６）の高さ（Ｈ）の比が少なくとも４であること及び、前記隆起部（６）の幅（Ｂ）に対する前記隆起部（６）の高さ（Ｈ）の比が0.5〜５の範囲にあることの少なくとも一方が満たされている請求項４〜９のいずれか１項に記載のシールリング。
11. 前記逆流溝の深さ及び幅及びピッチの少なくとも１つが、前記シールスリーブに沿って変化している請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシールリング。
12. 前記突起部（10）が、前記逆流溝（11）を前記シールスリーブ（３）の自由端（５）において密封して閉鎖している請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシールリング。
13. 前記サポートリング（１）が軸方向フランジ（13）を有し、この軸方向フランジが、前記半径方向フランジ（２）の半径方向に対してシャフト（７）とは反対の側と結合され、前記軸方向フランジ（13）がその外周面を固定シール（14）によって取り囲まれている請求項１〜１２のいずれか１項に記載のシールリング。
14. 前記被覆（８）と前記固定シール（14）が、それぞれエラストマー材料から形成されている請求項１３に記載のシールリング。
15. 前記被覆（８）と前記固定シール（14）が一体的にかつ同一材料から形成されている請求項１３又は１４に記載のシールリング。
16. 前記被覆（８）と前記固定シール（14）が互いに異なる材料を含む請求項１３又は１４に記載のシールリング。
17. 前記シールスリーブ（３）がポリテトラフルオロエチレン（PTFE）コンパウンドから形成されている請求項１〜１６のいずれか１項に記載のシールリング。
18. 前記シールスリーブ（３）の自由端（５）が、軸方向で密封すべき空間（12）に向かって突出している請求項１〜１７のいずれか１項に記載のシールリング。
19. 前記シールスリーブ（３）の自由端（５）が、軸方向で周囲の空間（15）に向かって突出している請求項１〜１７のいずれか１項に記載のシールリング。
20. 請求項１〜１９のいずれか１項に記載のシールリングが含まれているハウジングシーリングキャップ。

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