JP6546908B2 - 密閉要素 - Google Patents

Description

本発明は、第１の機械部材の円筒形状の内部面及び第２の機械部材の円筒形状の外部面を密閉するための密閉要素（シーリング部材、シール部材）に関している。

所謂ギャップシール又はラビリンスシールとして形成されている密閉要素は以前より知られている。これらのギャップシール又はラビリンスシール内では、一般的なメアンダー形状で形成されたシーリングギャップを設けることによって、非接触の密閉（非接触シーリング）が行われている。しかしながら、このギャップ内へ周辺媒体（特には液体）が浸入することは可能である。ギャップシール又はラビリンスシールは従って、完全に密閉された状態ではなく、ある程度の周辺媒体の通過を可能にしている。

本発明の課題は、改善された密閉特性を備えた密閉要素を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴を有する密閉要素によって解決される。有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明に従う密閉要素は、第１の機械部材の円筒形状の内部面及び第２の機械部材の円筒形状の外部面を密閉するために利用される。本発明に従う密閉要素は、内輪（インナーレース）、内輪に対して同軸に配設された外輪（アウターレース）及びシールギャップを有しており、当該シールギャップは、内輪の外周面及び外輪の内周面によって形成される。シールギャップは、内輪及び外輪の共通の軸を通る軸方向断面で、少なくとも以下の異形体部分、つまり、入口部分、出口部分及びメアンダー部分、を備えた輪郭（プロフィール）を有している。入口部分は、共通の軸に対する第１の半径を備えたシールギャップの第１の端部部分である。出口部分は、共通の軸に対する第２の半径を備えたシールギャップの第２の端部部分である。第２の半径は、第１の半径よりも小さい。メアンダー部分は入口部分に続いておりまた単調に減少する半径を有している。

単調に減少する、とはここでは数学的な意味で理解される、すなわち、入口部分から始まって共通の軸に対してのシールギャップの輪郭の間隔が減少する或いはこの間隔が同一のままである、と理解される。

この様態では、入口側からシールギャップ内へ浸入する液体は、密閉されるべき機械部材の回転時には、入口部分に対する遠心力に基づき、逆方向へ搬送される。すなわち、所謂逆流が生じる。これもまた、密閉要素の密閉特性を改善する。

メアンダー部分とは、シールギャップの一部分であって、その部分内でシールギャップがメアンダー形状の輪郭を有している部分、と理解される。この場合、メアンダー形状とは、輪郭のジグザク状の形成、特に、輪郭の矩形形状及び／又は三角形状の形での蛇行、そして同様に、輪郭の環状の形成、と理解される。

シールギャップの上述の形成に基いて、密閉要素は大きな軸方向の遊びを有している。更に所謂、分離組み立て（内輪及び外輪の別々の組み立て）が可能である。従って、組み立ての容易さは向上される。

有利な実施形態においては、密閉部材は更にシールリングを有しており、当該シールリングはシールギャップ内に配設されている。このシールリングによって、周囲媒体の流れは阻害される。特にシールリングは、密閉されるべき機械部材が静止した状態においても、すなわち、密閉されるべき機械部材の間で回転運動が行われず、また従って先の段落で記載された逆流が発生しない場合であっても、密閉特性を改善する。従って、本発明のこの実施形態は、密閉されるべき機械部材の回転状態においても、また同様に静止状態においても、改善された密閉特性を有している。

有利な様態では、シールリングはこの際、シールギャップ内において、シールリングが内輪のみに接触するか又は外輪のみに接触するように、位置決めされている。この場合、シールリングを有するこの実施形態においても、密閉要素は非接触の密閉要素である。

特に有利な様態では、シールリングは、メアンダー部分及び出口部分の間でシールギャップ内に配設されている。この様態では、入口部分の方向への、メアンダー部分の逆流は、シールリングが存在することによって、妨げられない。

シールリングは、内輪の外周面（外側に存在する内輪の側面）のノッチ内、及び／又は、外輪の内周面（内側に存在する外輪の側面）のノッチ内、に位置決めされていてもよい。これは、格別に位置が安定し且つ正確な、シールリングの位置決めを可能にする。更に、密閉要素の駆動中の、シールリングの故意ではない（偶然の）脱落が効果的に防止される。

更なる有利な実施形態においては、メアンダー部分及びシールリングの間におけるシールギャップの輪郭は、狭窄部（シールギャップ高さの減少部分）を有している。この狭窄部は、シールギャップ内へ浸入した周囲媒体にとっての更なる抵抗を発生させる。狭窄部に引き続いて配設されたシールリングとの組み合わせで、周囲媒体に対する密閉要素の透液性は更に減少されるので、密閉特性は更に改善される。

更なる有利な実施形態においては、シールギャップの輪郭は、シールリング及び出口部分の間に、拡張部（シールギャップの拡大部、シールギャップ高さの増大部）を有している。出口部分の方向でシールリングに接続する拡張部によって、さもなければ場合によっては発生し得る毛細管力に、抵抗することが出来る。拡張部によって、入口部分からシールギャップ内へ浸入した周囲液体が、（毛細管力に基いて）シールリングを通りすぎて吸い込まれ得ることはない。

有利な実施形態においては、メアンダー部分は少なくとも、互いに平行に延伸する、内輪及び外輪の円錐状の部分面（円錐の一部をなす面）の第１ペア、並びに、互いに平行に延伸する、内輪及び外輪の円錐状の部分面の第２ペアから形成される。第１ペア及び第２ペアはこの場合、互いに向い合って円錐状に形成されている。そのようなメアンダー部分は、一方では、改善された密閉性を導く大きなシールギャップ長さを可能にし、またもう一方では、浸入する周囲媒体の入口部分への妨げのない逆流を可能にする。

格別に有利な様態では、第１ペアの円錐角及び第２ペアの円錐角は、大きさに関して、類似の（すなわち多くとも１０％分しか変わらない）値又は同一の値を有する。この様態では、浸入した周囲媒体の格別に均質な逆流が達成される。

外輪にドレン溝が存在することによって、侵入した周囲媒体の排水或いは逆流を、更に改良することが出来る。

密閉要素は、金属性の原材料、特には鉄材又はアルミニウム材から製造されていてもよいし、同様にポリマー材料、特にはポリオキシメチレン（ポリアセタール）から製造されていてもよい。また、内輪及び外輪が異なる原材料から構成されていることも可能である。

本発明は、実施例を用いて図中でより詳細に説明される。

密閉要素の側面図を示す。 図１のＡ−Ａ切断面に沿った共通の軸を通る密閉要素の軸方向断面図を示す。 密閉されるべき面が追加的に示された、図２の範囲Ｚの拡大された断面図を示す。

図１から図３に示されている密閉要素１は、内輪２及びこの内輪２に対して同軸に配設された外輪３を有している。内輪２及び外輪３は、共通の軸Ａ１に対して同軸に配設されている。

内輪２は、基本的に軸方向に延伸する内周面（内側に存在する周面）４、第１の側面（端面）５、第２の側面（端面）６、並びに外周面（外側に存在する周面）７を有している。内周面４は、機械部材の円筒状の外部面８に接続している。第１の側面５及び第２の側面６は基本的に円周方向に延伸している。第１の側面５は、第２の側面６よりも狭い幅を有している。

外輪３は、基本的に軸方向に延伸する外周面９、第１の側面（端面）１０、第２の側面（端面）１１、並びに内周面１２を有している。外周面９は、別の機械部材の円筒状の内部面１３に接続している。第１の側面１０及び第２の側面１１は基本的に円周方向に延伸している。第１の側面１０は、第２の側面１１よりも広い幅を有している。

外輪３の内周面１２及び内輪２の外周面７は、それらの間にシールギャップ１４を形成する。言い換えれば、外輪３の内周面１２及び内輪２の外周面７は互いに接触していないだけでなく、リング形状のギャップ、すなわちシールギャップ１４が存在している。

図２及び図３に示されているシールギャップ１４の輪郭は、また従ってシールギャップ１４自体は、第２の側面６或いは１１の範囲に、端部部分を有している。この端部部分は、以下においては、入口部分１５と称される。この入口部分１５は、共通の軸Ａ１に対する間隔として、第１の半径の高さに間隔を有している。入口部分１５は軸方向に延びるギャップとして形成されており、このギャップは入口領域に直接、縮小された高さ部を有している。入口領域直近のこの縮小された高さ部は、シールギャップ１４の遮蔽をもたらし、また密閉要素の密閉特性を改善する。

入口部分１５には、メアンダー部分１６が接続している。このメアンダー部分１６は、単調に縮小する半径を有している。言い換えれば、シールギャップ１４の間隔は、メアンダー部分１６の範囲で共通の軸１４に対して相対的に、単調に減少している。入口部分１５側からシールギャップ１４内へ浸入する周囲液体は、この様態では、密閉されるべき機械部分の回転の際に、逆流する。図２及び図３に示されているメアンダー部分１６は、基本的に、外輪３の内周面１２及び内輪２の外周面７の、互いに平行に延伸する円錐状の部分面の第１ペア、及び、外輪３の内周面１２及び内輪２の外周面７の、互いに平行に延伸する円錐状の部分面の第２ペアによって構成されている。第１及び第２ペアは、互いに向かい合って円錐状に形成されているので、この部分には、シールギャップ１４のジグザク状の輪郭がもたらされる。

メアンダー部分１６には、シールギャップ１４の縮小部１７が接続している。縮小部１７は、浸入する周囲の液体に対する障壁部であり、また従って、密閉要素１の密閉特性を改善する。

縮小部１７には、シールリング１８が接続している。シールリング１８はシールギャップ１４内に配設されている。より正確には、シールリング１８は、内輪２に形成されたノッチ１９内で位置決めされている。図示された実施例では、シールリング１８はＯリングとして形成されている。シールリング１８は、シールギャップ１４内へ浸入した周囲液体の流れを阻む。特に、シールリング１８は、密閉されるべき機械部材が静止した状態においても、密閉特性を改善する、すなわち、密閉されるべき機械部材間の回転運動が行われない場合であっても、密閉特性を改善する。シールリング１８及び外輪３の間にはギャップが存在するので、シールリング１８及び外輪３の間の接触は生じない。それにより、密閉要素１は非接触シールリングとして形成されている。

シールリング１８には出口部分２０が接続している。出口部分２０は、第１側面５或いは１０の範囲内のシールギャップ１４の端部部分である。出口部分２０は、軸方向に延伸する部分として形成されている。出口部分２０は、共通の軸Ａ１に対する間隔として、第２の半径の高さに間隔を有している。第２の半径は、第１の半径よりも小さい。出口部分２０の範囲のシールギャップ１４の高さはこの場合比較的大きい、すなわち少なくとも縮小部１７の範囲のシールギャップ１４の高さよりも大きい。それにより、浸入した周囲液体をシールリング１８の周りへと導き得る毛細管力の作用に抵抗することが出来る。

図中には、外輪３に配された排水ノッチは図示されていない。

１ 密閉要素
２ 内輪（インナーレース）
３ 外輪（アウターレース）
４ 内周面
５ 第１側面
６ 第２側面
７ 外周面
８ 円筒形状の外部面
９ 外周面
１０ 第１側面
１１ 第２側面
１２ 内周面
１３ 円筒形状の内部面
１４ シールギャップ
１５ 入口部分
１６ メアンダー部分
１７ 縮小部
１８ シールリング
１９ ノッチ
２０ 出口部分
Ａ１ 共通の軸

Claims (5)

1. 第１の機械部材の円筒形状の内部面（１３）及び第２の機械部材の円筒形状の外部面（８）を密閉するための密閉要素（１）にして、
   前記密閉要素（１）が内輪（２）、前記内輪（２）に対して同軸に配設された外輪（３）及びシールギャップ（１４）を有しており、当該シールギャップ（１４）が、前記内輪（２）の外周面（７）及び前記外輪（３）の内周面（１２）によって形成され、その際、前記シールギャップ（１４）が、前記内輪（２）及び前記外輪（３）の共通の軸（Ａ１）を通る軸方向断面で、少なくとも以下の異形体部分、つまり入口部分（１５）、出口部分（２０）及びメアンダー部分（１６）、を備えた輪郭を有しており、
   −前記入口部分（１５）は、前記共通の軸（Ａ１）に対する第１の半径を備えた、前記シールギャップ（１４）の第１の端部部分であり、
   −前記出口部分（２０）は、前記共通の軸（Ａ１）に対する第２の半径を備えた、前記シールギャップ（１４）の第２の端部部分であり、その際前記第２の半径は、前記第１の半径よりも小さく、
   −前記メアンダー部分（１６）は、前記入口部分（１５）に接続しており、また、単調に減少する半径を有しており、
   その際、前記密閉要素（１）が更に前記シールギャップ（１４）内で前記メアンダー部分（１６）及び前記出口部分（２０）の間に配設されたシールリング（１８）を有している密閉要素（１）において、
   前記シールギャップ（１４）の前記輪郭が、前記メアンダー部分（１６）及び前記シールリング（１８）の間に、縮小部（１７）を有していること、
   前記シールリング（１８）が、前記シールギャップ（１４）内において、前記シールリング（１８）が前記内輪（２）のみに接触するか又は前記外輪（３）のみに接触するように、位置決めされていること、及び
   前記シールギャップ（１４）の前記輪郭が、前記シールリング（１８）及び前記出口部分（２０）の間に、拡張部を有していること
   を特徴とする密閉要素。
2. 請求項１に記載の密閉要素において、
   前記内輪（２）の前記外周面（７）及び／又は前記外輪（３）の前記内周面（１２）が、ノッチ（１９）を有しており、当該ノッチ（１９）内に前記シールリング（１８）が配設されていることを特徴とする密閉要素。
3. 請求項１又は２に記載の密閉要素において、
   前記メアンダー部分（１６）が少なくとも、互いに平行に延伸する、前記内輪（２）及び前記外輪（３）の円錐状の部分面の第１ペア、並びに、互いに平行に延伸する、前記内輪（２）及び外輪（３）の円錐状の部分面の第２ペアから形成され、前記第１ペア及び前記第２ペアが互いに向い合って円錐状に形成されていることを特徴とする密閉要素。
4. 請求項３に記載の密閉要素において、
   前記第１ペアの円錐角及び前記第２ペアの円錐角が、大きさに関して、類似の値又は同一の値を有することを特徴とする密閉要素。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉要素において、
   前記外輪（３）が更に排水ノッチを有することを特徴とする密閉要素。

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