JP2017527762A - 圧力作動可能なプレテンション要素を備えたシール装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】【解決手段】本発明は、運動軸線(18)に沿って互いに対して移動可能に、シールギャップ(16)を形成した状態で離れて配置された第1の機械部品(12)および第2の機械部品(14)と、シールリップ(30)を有するシール要素(20)であって、前記シール要素は、第1の機械部品(12)のシール保持構造(22)の複数の溝(24)に圧入状態で保持されるように配置され、シールリップ(30)は、シール保持構造(22)から軸線方向に離れて延びる、シール要素(20)と、第1の機械部品(12)の保持溝(32)内に配置されたプレテンション要素(34)であって、これにより、高圧領域(H)をシールするためにシールリップ(30)を第2の機械部品(14)のシール面(38)に対してプレテンションすることができ、プレテンション要素(34)は、シール装置(10)の低圧領域(N)から作動圧力を受けることができる、プレテンション要素(34)と、を備えたシール装置(10)であって、保持溝(32)が、プレテンション要素(34)のためのくさびガイド面(40,42)を有し、くさびガイド面は、運動軸線(18)に対してα<90°である角度αで斜めに延びるように配置され、プレテンション要素(34)が、高圧側で作動圧力(P1,Pmax)を受けることにより、作動圧力(P1,Pmax)から派生する接触押圧力(Fquer,Fquer.max)を用いてシール面(38)に対してシールリップ(30)をプレテンションするために、くさびガイド面(40,42)に対しておよびそれに沿って移動可能であるシール装置(10)に関する。【選択図】図2
Description
本発明は、第1の機械部品と第2の機械部品とを有するシール装置に関するものであり、2つの機械部品は、運動軸線に沿って互いに対して移動可能に、シールギャップを形成した状態で離れて配置される。
シール装置は、シールリップを有するシール要素を備え、このシール要素は2つの機械部品の一方のシール保持構造に保持されるように配置され、シールリップは軸線方向にそのシール保持構造から離れるように延びる。プレテンション要素は、シール装置の低圧領域から高圧領域をシールするために、シールリップを第2の機械部品のシール面に対してプレテンションする働きをする。プレテンション要素は、第1の機械部品の保持溝に配置される。
例えば、二輪車技術の分野における振動ダンパ、油圧アクチュエータ、サーボシリンダ、またはばね取付け物などの多くの技術的用途では、この種のシール装置が確立されており、例えば特許文献1により公知である。
シール装置の耐用年数は、内蔵シール要素の摩耗に大きく依存する。ここで、シール要素の摩耗に関連する要因は、シール要素のシールリップの摩擦であり、このシールリップは第2の機械部品のシール面に当接する。いくつかの技術的用途では、設置状態でのシール装置はほとんど駆動しない、すなわち散発的にしか駆動しないにも関わらず、2つの機械部品は無負荷運転下での使用中に連続的に動かされる。例えば、トラックの傾斜した運転室を、車体フレームに対して傾け且つ必要に応じて保持するいわゆるキャブチルトシリンダの場合がこれに当てはまる。無負荷運転中の疲労応力にかかわらず、このようなシール装置は、必要なときに使用できる状態になっていなければならず、十分なシール能力を確保しなければならない。
本発明の目的は、冒頭に述べたシール装置を改良して、生産コストを低くすると共に耐用年数を改善し、同時に高圧および超高圧用途に適しているようにすることである。このシールは、特に、上述したような無負荷運転にも適していなければならない。
本発明による目的は、請求項1に規定された特徴を有するシール装置によって達成される。
本発明の好適な実施形態は従属請求項に規定されている。
本発明によるシール装置では、プレテンション要素、具体的にはプレテンション要素の、高圧領域に面する端面が、保持溝の高圧領域への流体接続により、高圧領域に広がる作動媒体、特に作動流体の作動圧力を受ける。これにより、プレテンション要素は、くさびガイド面に対しておよびそれに沿って、運動軸線の方向に保持溝内で押圧され、プレテンション要素が弾性的に変形可能である限り、くさびガイド面への接触の際に変形する。この結果、プレテンション要素は、それぞれの作動圧力から派生する接触押圧力で第2の機械部品のシール面に対してシール要素のシールリップを押し付ける。これは、シール要素のシール能力を、シール装置の高圧領域に用いられる作動圧力によって制御できることを意味する。シールリップは、第2の機械部品のシール面に当接すること、言い換えれば、少なくとも規定された作動圧力範囲を超える接触圧力を受けることにより、シール装置の高圧領域に用いられる作動圧力と同じ方向に変化する。この高圧領域に用いられる、シール要素によって低圧領域からシールされなければならない、シール装置の作動圧力が上昇すると、その際、シール要素のシールリップが第2の機械部品のシール面に対してプレテンション要素によって押圧(プレテンション)される接触押圧力もまた上昇し、その逆も同様である。その結果、シール要素の必要とされる動的シール能力を、設計上非常に簡単な方法で実現することができる。さらに、このシール装置は、冒頭に述べた技術的用途に特に非常に適しており、シール装置が実際に駆動(作動)していない状態で、シール装置の2つの機械部品が互いに連続的に受動的に移動される。本発明によるシール装置では、シールリップを、シール装置の非加圧作動状態では、接触圧力やプリテンションなしに、または僅かな接触圧力のみで、シール面と接触させるようにすることで、シールリップと第2の機械部品のシール面との間の摩擦を、シール装置のこのような単なる「無負荷運転」に対して最小にすることができる。したがって、2つの機械部品が互いに対して高い加速度または運動速度を有する場合であっても、シール要素の不要な摩耗を確実に防止することができる。シール保持構造は、シール要素が圧入状態で保持されるように配置された1つまたは複数の溝を備えているので、シール要素を、容易にシール保持構造の溝に押し込むことができる。これは生産工学の観点から好適である。径方向シール要素として構成されたシール要素の場合、これを、例えば、第1の機械要素に導入されたアセンブリピンを介して実現することができる。本発明によるシール装置は、単純な設計構造を有し、さらに、その構成要素の数が少ないために比較的安価に製造される。
本発明によれば、くさびガイド面は、シール面に対して20°≦α≦80°である角度αで斜めに延びるように配置されるのが好ましい。角度αが小さければ小さいほど、作動圧力の変化に対するシール装置の応答がより敏感となる。
本発明の好ましい実施形態によれば、くさびガイド面は、シール面に対して異なる角度αで斜めに延びるように配置された少なくとも2つの長手方向部分を有することができる。これにより、シール装置の応答を、例えば、必要に応じて設定することができる。したがって、くさびガイド面は、例えば、高圧領域に面し、シール面に対してより小さい第1の傾斜を有する第1の長手方向部分と、前記第1の長手方向部分に隣接し、第1の傾斜に対してより大きい第2の傾斜を有する第2の長手方向部分とを有することができる。
冒頭で言及したシール装置の無負荷運転において、シールリップとシール面との間の摩擦を最小限に抑える観点から、プレテンション要素は、高圧領域が非加圧状態である場合に、プレテンションなしでまたは規定された(基本的な)プレテンションでシール面にシール要素が当接するような寸法にされる場合に有効であることが判明した。後者の場合、動作中にシールリップとシール面との間に発生する摩擦によるシール要素の摩耗が無視できる程度の十分に小さいプリテンションが、(基本的な)プレテンションとして選択されるのが好ましい。
生産工学の観点から、保持溝のくさびガイド面は、好適には、保持溝の溝側面に接続されているかまたはその溝側面自体を形成し、また、この溝側面は低圧側に配置される。その結果、くさびガイド面を(保持溝と共同して)、第1の機械部品の材料として直接形成する、あるいは第1の機械部品に固定されたインサートとして形成することができる。
くさびガイド面および/または保持溝の溝床は、スティックスリップ効果を可能な限り低くするため、すなわちこれに当接するプレテンション要素の摺動摩擦を可能な限り低くするために、好ましくは乾式潤滑性の、減摩コーティングを設けてもよい。この減摩コーティングとしては、特に、ポリテトラフルオロエチレン等のポリマー材料、または金属もしくは金属合金がよい。
特に、保持溝または第1の機械部品によってくさびガイド面が形成される場合、プレテンション要素は弾性変形可能なものがよい。ここでのプレテンション要素は、好ましくは、エラストマーからなる。
シール装置の非加圧状態におけるシール面に対するシールリップの基本的なプレテンションの微調整のために、保持溝または第1の機械部品はプレテンション要素の調整部分を有してもよい。この調整部分は、第2の機械部品に対し、上述する2つの機械部品の運動軸線を横断する方向に移動可能に、第1の機械部品上に配置され得る。プレテンション要素はその溝床側が、この調整部分に対して支持されている。この調整部分は、溝床とは別の構成要素であってもよく、あるいは、溝床から構成されてもよい。本発明の改良形態によれば、調整部分は、手動もしくは圧力媒体駆動または電動手段によって移動可能である。
本発明の好適な改良形態によれば、保持溝は、運動軸線に対して斜めに延びるように配置された第2の溝側面を有する。第2の溝側面は、第1の溝側面と軸線方向において対向して配置される。その結果、シール装置はまた、高圧領域と低圧領域との間の圧力反転位置、および、場合により単に、その軸線方向開始位置からのプレテンション要素の高圧側の軸線方向たわみを考慮して、その元の位置に滑り戻ることができる。始動位置は、シール装置の非加圧作動状態における第1の機械部品に対するプレテンション要素の軸線方向位置に相当する。
シール要素は、ポリテトラフルオロエチレンまたは別の粘塑性材料、特にポリマー材料で形成され得る。
シール保持構造の溝/複数溝は、特に運動軸線の方向に拡張することができる。一方では、これにより、シール要素を第1の機械部品のシール保持構造上に簡略化された方法で押圧することが可能になる。さらに、これにより、シール要素に軸線方向に力が働いている場合に、溝の溝縁の領域におけるシール要素の引っかき傷または剪断が防止され得る。
シール要素は、好ましくは1つまたは複数の滑り部分を有し、その上で第2の機械部品が摺動隙間の形で適合してガイドされる。したがって、シール要素は、第2の機械部品の取り付けに役立つ。滑り部分は、ここでは、第1の機械部品に確実に当接するように、運動軸線を横断する方向に支持されるので、第1の機械部品に関連した滑り部分のたわみまたは偏位によってではなく、単に粘塑性または弾性変形によって取り付け品質が決定される。滑り部分によって形成された第2の機械部品のための滑り軸受を、それにより、運動軸線を横断する方向に粘塑性的または弾性的に変形可能であるように構成することができる。
本発明の好適な改良形態によれば、シール要素は、第1のシールリップに対向する方向にシール保持構造から軸線方向に延びる第2のシールリップを有することができる。第2のシールリップには、第1のシールリップに対応する態様で、保持溝に配置されたプレテンション要素を割り当てることができる。第2の保持溝にも、少なくとも1つのくさびガイド面を設けることができる。
本発明によれば、上述した2つの機械部品の一方は、特にシリンダとして構成され、その2つの機械部品の他方は、かかるシリンダ内でガイドされるピストンとして構成され得る。この場合、シール要素は環状の径方向シール要素として構成される。
このシール装置を、多くの異なる技術的課題に使用することができる。よって、シール装置は、例えば油圧アクチュエータ、特にキャブチルトシリンダとして、振動ダンパとして、またはショックアブソーバとして構成され得る。
本発明は、図面に示された例示的な実施形態に基づいて、以下により詳細に説明される。
図面では、例示的な実施形態は、本発明の基本的な構成要素およびそれらの機能的な相互作用が明確に識別できるように示されている。
図1は、シールギャップ16を形成して離れて配置された第1の機械部品12および第2の機械部品14を有するシール装置10を示している。2つの機械部品12,14は、運動軸線18に沿って互いに並進移動可能である。図1の場合のように、第1の機械部品12を、例えばシリンダとして構成することができ、第2の機械部品14を、そのシリンダ内でガイドされるピストンとして構成することができる。
シール装置10の低圧領域Nからの、作動圧力を受けることが可能な高圧領域Hのシールは、符号20で示されるシール要素によって処理される。この場合、シール要素20は径方向シール要素として構成されている。
シール要素20は、第1の機械部品12のシール保持構造22内に位置固定された状態で保持されるように配置されている。この場合、シール保持構造22は、シール要素20がその中に延びる複数の溝24を備えている。第1の機械部品12に取り付けられると、シール要素20は、シール保持構造22の溝24内に押し込まれ、それにより、圧入状態で溝24内に恒久的に保持されるように配置される。
図1から明らかなように、溝24は、運動軸線18の方向に広がる断面を有する。これにより、シール要素20の第1の機械部品12への押圧が簡単化される。さらに、これにより、シール要素20の軸線方向に力(図示せず)が働く場合に、シール要素20への望ましくない引っかき傷、または溝24の溝縁26の領域におけるシール要素20の剪断が防止される。
上述の例示的な実施形態では、シール要素20は、第2の機械部品14をスライド軸受によって第1の機械部品12に取り付けるためにさらに役立つ。この目的のために、シール要素20は滑り部分28を有し、その上で第2の機械部品14は摺動隙間の形で適合してガイドされる。滑り部分28は、第1の機械部品12のシール保持構造22を径方向に覆い、第1の機械部品12に確実に当接する。したがって、シール要素20の滑り部分は、その長手方向の全体にわたって、第1の機械部品12に対して径方向に支持される。
シール要素20は、シール保持構造22から軸線方向に対して離れて延びるシールリップ30を有する。
シールリップ30は、第1の機械部品12の保持溝32にわたって軸線方向に延びている。保持溝32は、第1の機械部品12のシール保持構造22から、したがってシール要素20の滑り部分28からも軸線方向に離間して配置される。
保持溝32には、プレテンション要素34が配置されている。プレテンション要素34は、弾性変形可能な材料、例えばエラストマーで形成されている。プレテンション要素34は、シール要素18のシールリップ30を第2の機械部品14のシール面36に対してプレテンション(押圧)するのに役立つ。
保持溝32は、軸線方向で第1のくさびガイド面40および第2のくさびガイド面42によって溝側面44に接続された溝床すなわち溝底38を有している。溝側面44は、それらが運動軸線16に直交するように配向されている。
第1のくさびガイド面40および第2のくさびガイド面42は、運動軸線に対してα<90°である一定の角度αで、軸線方向に斜めに延びるようにそれぞれ配置されている。勿論、2つのくさびガイド面40,42の角度αは互いに異なっていてもよい。第1または第2のくさびガイド面を、シール面に対して20°≦α≦80°である角度αで斜めに延びるように配置することができる。
図1から明らかなように、保持溝32は、シールギャップ16によってシール装置10の高圧領域Hに流体的に接続されている。これにより、プレテンション要素34に媒体(図示せず)の作動圧力をかけることができ、その作動圧力は、シール装置の高圧領域にそれぞれ広がる。
図1に示すように、プレテンション要素34は、シール装置10の非加圧負荷状態において、長円形もしくは楕円形、または異なる、例えば円形もしくは多角形の断面を有することができる。
例示的な本実施形態では、プレテンション要素34は、シール装置10、具体的には、高圧領域Hが非加圧状態である場合に、シールリップ30がプレテンション(接触圧力)なしでシール面に確実に当接するような寸法にされる。シール装置10の別の実施形態によれば、プレテンション要素34を、プレテンション要素が非加圧状態である場合に、シールリップ30が規定された基本的なプレテンションでシール面に押し付けられるような寸法にしてもよい。
非加圧状態では、シール要素20は、第1の機械要素12に対して、符号46で示すその軸線方向開始位置に配置される。
プレテンション要素34は、高圧側で作動圧力を受けることにより、シールリップ20がプレテンション要素34によってプレテンションされるように、シール面36に対して、それぞれの作動圧力から派生する(したがって可変である)接触押圧力を用いて、第1のくさびガイド面40に対しておよびそれに沿って移動可能である。
図2では、シール装置10は、高圧領域Hに第1の作動圧力P1がかかる、加圧された第2の作動状態で示されている。
プレテンション要素34の関連する加圧の結果として、プレテンション要素34に低圧領域Nの方向の変位力F1axialが作用し、この力によって、プレテンション要素34は、第1の機械部品12に対するその軸線方向開始位置46から、そこから離れて配置された第1の動作位置48に軸線方向に変位し、そして、第1のくさびガイド面40と接触すると、固有の弾性復元力に反して、径方向に広がる。これにより、プレテンション要素は、作動圧力P1から派生する接触押圧力F1querにより、第2の機械部品14のシール面38に対してシールリップを押し付ける。シール面30に対するシールリップ30の接触圧力経路が、シール面38に直交する矢印で示されている。
高圧領域H内の作動圧力が低下すると、弾性変形可能なプレテンション要素34は、その固有の自然弾性のために、その軸線方向位置から、すなわち動作位置48から、高圧領域Hの方へ軸線方向に第1のくさびガイド面40に沿って滑り戻り、そして、その軸線方向開始位置46から戻る。
図3では、シール装置10は、シール装置10の高圧領域Hに最大作動圧力Pmaxがかかる、加圧された第3の作動状態で示されている。
プレテンション要素34の関連する加圧の結果として、プレテンション要素34に低圧領域Nの方向の最大変位力Faxial.maxが作用し、この力によって、プレテンション要素34は、第1の機械部品12に対するその軸線方向開始位置46から、そこから離れて配置された第2の動作位置50に軸線方向に変位し、そして、第1のくさびガイド面40と接触すると、固有の弾性復元力に反して、径方向に広がる。これにより、プレテンション要素は、作動圧力Pmaxから派生する接触押圧力Fquer.maxにより、第2の機械部品14のシール面38に対してシールリップを押し付ける。プレテンション要素34は、低圧側に配置された溝側面44に当接する。シール面38に対するシールリップ30の接触圧力経路が、シール面38に直交する矢印で示されている。
高圧領域Hの作動圧力が低下すると、弾性変形可能なプレテンション要素34は、図2に関連して説明したように、高圧領域Hおよびその軸線方向開始位置46の方向に滑り戻る。
図4では、シール装置10の別の例示的な実施形態が、部分断面図で示されている。第1のくさびガイド面40は、シール面に対して異なる角度αで斜めに延びるように配置された2つの長手方向部分52を有する。低圧側に配置された保持溝32の溝側面44は、第1のくさびガイド面40の長手方向部分52の1つによって形成されている。したがって、第1のくさびガイド面42は、第1の機械部品12の、第2の機械部品に面する表面に直接接続されるか、またはこの表面に合流する。
上述の実施形態では、第1の機械部品12の第1のくさびガイド面40、および必要に応じて第2のくさびガイド面42に減摩コーティング54を設けて、くさびガイド面40,42それぞれの上にあるプレテンション要素34を可能な限り低い摩擦で摺動可能にする。減摩コーティング54は、特に、乾式潤滑構造とすることができる。
図5では、図1に示す例示的な実施形態とは実質的に異なる、シール装置10の別の例示的な実施形態が示されており、プレテンション要素34のための調整部分56が保持溝32内に配置されている。プレテンション要素34は調整部分56に当接している。調整部分56は、第2の機械部品14に対して運動軸線18を横断する方向に、すなわち本例では径方向に移動可能に配置されている。調整部分56によって、プレテンション要素のシールリップ30に対する、ひいてはシールリップ30のシール面38に対する基本的なプレテンションを設定または調整することができる。
図6によるシール装置は図1から図3に示すシール装置とは実質的に異なり、第1の機械部品12はピストンとして実現され、第2の機械部品14はシリンダとして実現され、シリンダ内でピストンは運動軸線18に沿って並進移動可能にガイドされる。プレテンション要素は、環状の形状である。シール要素20は径方向シール要素として実現され、クランプ要素58、ここではいわゆる固定クランプによって、シール保持構造22に固定される。クランプ要素58は、シール要素20を外側から抱き込み、これをシール保持構造22の溝24の1つに押し込む。
この図に示されるシール装置では、シール要素20は、特に、ポリテトラフルオロエチレンまたは別の粘塑性材料で形成され得る。
図1から図7に関連づけて説明したシール装置10は、例えば油圧アクチュエータ、特にキャブチルトシリンダとして、振動ダンパとして、またはショックアブソーバとして構成され得る。
Claims (12)
- 運動軸線(18)に沿って互いに対して移動可能に、シールギャップ(16)を形成した状態で離れて配置された第1の機械部品(12)および第2の機械部品(14)と、
シールリップ(30)を有するシール要素(20)であって、前記シール要素は、前記第1の機械部品(12)のシール保持構造(22)の複数の溝(24)に圧入状態で保持されるように配置され、前記シールリップ(30)は、前記シール保持構造(22)から軸線方向に離れて延びる、シール要素(20)と、
前記第1の機械部品(12)の保持溝(32)内に配置されたプレテンション要素(34)であって、これにより、高圧領域(H)をシールするために前記シールリップ(30)を前記第2の機械部品(14)のシール面(38)に対してプレテンションすることができ、前記プレテンション要素(34)は、シール装置(10)の低圧領域(N)から作動圧力(P1,Pmax)を受けることができる、プレテンション要素(34)と、
を備えたシール装置(10)であって、
前記保持溝(32)が、前記プレテンション要素(34)のためのくさびガイド面(40,42)を有し、前記くさびガイド面は、前記運動軸線(18)に対してα<90°である角度αで斜めに延びるように配置され、
前記プレテンション要素(34)が、前記高圧側で前記作動圧力(P1,Pmax)を受けることにより、前記作動圧力(P1,Pmax)から派生する接触押圧力(Fquer,Fquer.max)を用いて前記シール面(38)に対して前記シールリップ(30)をプレテンションするために、前記くさびガイド面(40,42)に対しておよびそれに沿って移動可能であるシール装置(10)。 - 前記くさびガイド面(40,42)が、前記シール面(38)に対して20°≦α≦80°である角度αで斜めに延びるように配置されることを特徴とする請求項1記載のシール装置。
- 前記くさびガイド面(40,42)が、前記シール面に対して異なる角度α1,α2で斜めに延びるように配置された少なくとも2つの長手方向部分を有することを特徴とする請求項1又は2記載のシール装置。
- 前記プレテンション要素(34)は、前記高圧領域Hが非加圧状態である場合に、プレテンションなしでまたは規定されたプレテンションで前記シール要素(20)が前記シール面(38)に当接するような寸法にされることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のシール装置。
- 少なくとも前記くさびガイド面(40,42)が、好ましくは乾式潤滑性の減摩コーティング(56)を設けることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のシール装置。
- 前記プレテンション要素(34)が弾性変形可能であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のシール装置。
- 前記保持溝(32)が前記プレテンション要素(34)のための調整部分(56)を有し、前記調整部分(56)は、前記第2の機械部品(14)に対して前記運動軸線(18)を横断する方向に移動可能に配置されていることを特徴とする請求項1記載のシール装置。
- 前記シール要素が、ポリテトラフルオロエチレンまたは別の粘塑性材料で形成されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のシール装置。
- 前記溝(24)が、前記運動軸線(18)の方向に広がることを特徴とする請求項1記載のシール装置。
- 前記シール要素が滑り部分(28)を有し、その上で前記第2の機械部品(14)は摺動隙間の形で適合してガイドされ、前記滑り部分(28)は、好ましくは完全に、前記第1の機械部品(12)に確実に当接することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載のシール装置。
- 前記2つの機械部品(12,14)の一方は、シリンダとして構成され、前記2つの機械部品(12,14)の他方は、前記シリンダ内をガイドされるピストンとして構成され、前記シール要素(20)は環状の径方向シール要素であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載のシール装置。
- 油圧アクチュエータ、特にキャブチルトシリンダとして、振動ダンパとして、またはショックアブソーバとして構成される請求項1乃至11のいずれか1項に記載のシール装置。
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