JP2021518899A - シール装置、シール材、およびペダルクランク装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、外側リング（０３）と、外側リング（０３）に対して共通の回転軸（０４）を中心として回転可能な内側リング（０６）との間の第１の間隙（１２）を封止するため、および、ハウジング（１１）と外側リング（０３）との間の第２の間隙（１６）を封止するためのシール装置（０２）に関する。シール装置（０２）は、外側リング（０３）および内側リング（０６）ならびにハウジング（１１）を含む。両方の軸受リング（０３、０６）の間に、軸受リング（０３、０６）を転動するための複数の転動体（０７）が配置されている。さらに、シール装置（０２）は、外側リング（０３）の溝（１８）の中に配置されている環状のシール材（０８）を含み、外側リング（０３）の溝（１８）は、外側リング（０３）の径方向外側に位置する面（１７）に構成されている。環状のシール材（０８）は、ハウジング（１１）に当接する。さらに、シール装置（０２）は、内側リング（０６）と外側リング（０３）との間で径方向に配置された、円板状のシール本体（２４）を有するエラストマーシール材（０９）を含む。シール本体（２４）の内側円周（２６）に、内側リング（０６）に密封式に当接する少なくとも１つのシールリップ（３１）が配置されている。エラストマーシール材（０９）は、その外側円周（２７）が外側リング（０３）に回転不能に当接する。シール本体（２４）の側面（２８）に、エラストマーシール材（０９）は、周回するように構成されていてハウジング（１１）に密封式かつ力吸収式に当接する、軸方向に延びる少なくとも２つの突起（２９）を有する。さらに、本発明は、シール装置（０２）のためのシール材（０９）と、そのようなシール装置を利用するペダルクランク装置と、に関する。

Description

本発明は、Ｅバイクのペダルクランクシャフトのためのシール装置に関する。さらに、本発明は、このようなシール装置のためのシール材に関する。最後に本発明は、このようなシール装置を利用する、特にＥバイクまたは電動アシスト自転車のためのペダルクランク装置に関する。

転がり軸受を封止するために、特に、互いに回転する２つの軸受リングの間で転動体を封止するために、シール材が用いられる。シール材は、汚れや水などの外部の環境要因から軸受を防護し、そのようにして、正しい作動形態ならびに長い耐用寿命を確保するためのものである。

特開２０１３−０７２５２４号公報より、右側と左側のドライブシャフトを有する自動変速機が公知である。変速機のデフケースを封止するために、変速機の挿通穴にケースとクランクシャフトの間でシール材が圧入され、それにより、ケースに投入された作動油を中にとどめる。

ドイツ特許出願公開第１０２００７０４２３６８Ａ１号明細書には、軸受のためのシール装置が記載されている。この軸受は、第１の軸受リングおよびこれに対して相対的に回転可能な第２の軸受リングとで構成されており、第１の軸受リングに、周回するシール材が配置され、第２の軸受リングはシール面を有する。このシール材は、第２の軸受リングのシール面に密封式に当接する少なくとも２つのシールリップを有する。

転がり軸受の使用方法によっては、これに対してさまざまに異なる強さの、さまざまに異なる方向を向く、ならびに時間的にさまざまに異なって発生する力が作用する。たとえばＥバイク、電動アシスト自転車では、ないしは電気式にサポートされる自転車では、ペダルのクランク運動によって回転力が発生する。たとえばＥバイクで使用される公知の転がり軸受は、軸受シール材ならびにＯリングシール材を転がり軸受に有している。汚れ水に対する自転車クランクの改善された封止のためには追加のシール材が必要なはずであるが、それは、スペース不足や重量削減のために省略される。さらに多くの設計スペースが必要になれば、このことはペダル位置に影響を及ぼし、その結果として、ペダルがさらに互いに離間することになり、そのため、いっそう高いトルクを印加しなければならなくなる。

自転車クランクの転がり軸受は小さい寸法を有しており、その結果、相応に小さい軸受シール材が使用され、その組付けが難しく、そのシール接触はμｍの範囲内にある。軸受シール材の誤った組付けは、シール材とコンポーネントの間の隙間に汚れ水が侵入し得ることを意味する。このことは、シールリップが密封式に当接していない場合にも起こる。

リングシール材は、ハウジングと軸受リングのスペースを封止するために、その外側の軸受リング面に配置される。リングシール材も、十分に封止をするものではない。リングシール材の載置面には、侵入した汚れ水による腐食をしばしば確認可能である。密封性の向上に寄与し得るはずのリングシール材のさらに大きい直径または広がりは、リングシール材を損傷させたり、軸受リングに対するハウジングの位置を変位させたりする。

本発明の課題は、従来技術を前提としたうえで、特に汚れ水に対する改善されたシール作用と、固定的なシール着座とを保証し、それにもかかわらず、少ない所要スペースを有するシール装置、および、そのためのシール材を提供することにある。本発明の別の課題は、環状のシール材の領域への汚れ水の侵入が防止されることにある。最後に課題は、汚れ水に対してより良く封止された、特にＥバイクや電動アシスト自転車のためのペダルクランク装置を提供することにある。

本発明によると課題の解決は、添付の請求項１に記載されているシール装置、副請求項９に記載されているシール材、および、請求項１０に記載されているペダルクランク装置によって行われる。

本発明によるシール装置は、外側リングと、外側リングに対して共通の軸を中心として回転可能な内側リングと、両方の軸受リングの間に配置されている、両方の軸受リングを転動するための転動体とで構成されている転がり軸受を含む。さらにシール装置は、外側リングを少なくとも部分的に取り囲むハウジングと、シールリングと、エラストマーシール材とを含んでいる。シール装置は、外側リングと内側リングの間の間隙を封止するため、および、これに加えて、ハウジングと外側リングとの間のスペースを封止するための役目を果たす。シールリングは、外側リングの溝の中に配置されている。この溝は、外側リングの径方向外側に位置する面に構成されている。シールリングは、ハウジングに当接する。第２のシール材は、すなわちエラストマーシール材は、径方向で内側リングと外側リングとの間に配置されている。エラストマーシール材は、円板状のシール本体を有している。シール本体の内側円周に、内側リングに密封式に当接するシールリップが構成されている。エラストマーシール材は、その外側円周が外側リングに回転不能に当接する。シール本体の側面に、少なくとも２つの突起が周回するように構成されている。両方の突起は軸方向に延びるとともに、密封式かつ力吸収式にハウジングに当接する。両方の突起は支持をするように作用し、内側リングへのシールリップの接触を確実にし、たとえば、ハウジングと外側リングとの間の間隙への汚れ水の侵入を防止する。少なくとも２つの突起は、シール本体の側面に２つの同心的な円として構成されている。

１つの実施形態では、エラストマーシール材は、シール本体の側面に同心的な円として配置されている３つの突起を有する。別案の実施形態では、エラストマーシール材は、シール本体の側面に同心的な円として配置された５つの突起を有する。

１つの実施形態では、エラストマーシール材のシール本体の内側円周に、内側リングに密封式に当接する少なくとも２つのシールリップが構成される。少なくとも２つの、特に両方のシールリップは、反対向きに折曲げられて構成されるのが好ましい。少なくとも２つのシールシップは、共同でＶ字を形成するように、反対向きに折曲げられて構成されるのが好ましい。このとき、実質的にＶ字型に、または互いに角度をなしてアライメントされる、２つを超えるシールリップが存在していてよく、この角度は特に１０から９０°の範囲内で選択される。

シール本体はその外側円周に、クランプ***部を形成する容積拡張部を有するのが好ましい。クランプ***部により、シール本体が外側リングに回転不能に配置されるのが好ましい。シール本体はクランプ***部により、外側リングの第２の溝の中で回転不能に配置されるのが特別に好ましい。

エラストマーシール材のシール本体は、内側円周と外側円周で折曲げられて構成されるのが好ましい。シール本体の内側円周と外側円周は、同じ軸方向に折曲げられるのが好ましい。シール本体の内側円周と外側円周は同じ軸方向へ、シール本体の突起の向きに対して反対向きに折曲げられるのが特別に好ましく、それにより、ハウジングに当接する突起から、シール本体に沿って、その内側円周と外側円周までの、特にそのシールリップまでの力の経路が形成され、それによって内側リングへのシールリップの当接が確保される。

ハウジングに当接し、シール本体を通って少なくとも１つのシールリップにまで至る力の経路を形成する、両方の突起を有するエラストマーシール材の構成は、シールリップの浮き上がりが防止されるので、好ましいことが判明している。さらに別の利点は、シールリップ、シール材、および軸受リング、ならびにハウジングの間に存在する間隔が、装置の組立てのときに取り除かれることにある。さらに、汚れ水の侵入が防止されるという特別な利点がある。エラストマーシール材の両方の突起によって、組付状態のときに、エラストマーシール材の安定した位置が保証される。

エラストマーシール材に、特にシールリップの領域に、エラストマーシール材の封止を補助してその浮き上がりを防止する、１つまたは複数のばね部材が配置されていてよい。１つの実施形態では、エラストマーシール材は、エラストマーにより少なくとも部分的に包囲されていて、シール材の安定性のための役目を果たす補強部を有する。

シールリングは、ハウジングと外側リングとの間の間隙を封止するための役目を果たし、および、外側リングのハウジングの緩衝式の支承のための役目も、ある程度までは果たす。シールリングも、同じくエラストマーからなるのが好ましい。

シールリングは、これが中に配置される溝の高さと幅に準じて選択されるのが好ましい。溝は、外側リングで側面に非中心的に周回するように構成されるのが好ましい。シールリングは、その基本形状に関して、いわゆるＯリングに相当する。

シール装置は、電動自転車、Ｅバイク、電動アシスト自転車のモータないし駆動部に組付可能であるのが好ましい。内側リングは、Ｅバイクモータのシャフトに配置されて、これとともに回転するのが好ましく、特に、少なくとも２つの軸受により取り囲まれるＥバイクのペダルクランクシャフトに配置される。たとえば両方の軸受リングが、転動体および両方のシール材とともにシャフトに押し嵌められ、引き続き、モータのハウジングにより取り囲まれる。このように構成される軸受は、たとえば転動体の種類に応じて、球面ころ軸受または円筒ころ軸受であってよい。

本発明によるシール材は、上述したすべての実施形態を含めて、上に説明したエラストマーシール材に相当する。シール材は、上に説明したシール装置で適用されるのが好ましい。

本発明のその他の利点や具体的事項は、添付の図面を参照して行う、好ましい実施形態についての以下の説明から明らかとなる。図面には次のものが示されている：
図１は、本発明によるシール装置を有する、Ｅバイクのためのペダルクランクシャフトの横断面図を示す。 図２は、図１の一部分として、ペダルクランクシャフトにおけるシール装置の横断面図を示す。

図１には、本発明によるシール装置０２を有する、Ｅバイクのためのペダルクランクシャフト０１の横断面図が示されている。シール装置０２は、外側リング０３と、外側リングに対して共通の回転軸０４を中心として回転可能な内側リング０６と、両方の軸受リング０３，０６の間に配置された複数の転動体０７と、シールリング０８と、エラストマーシール材０９と、ハウジング１１とを含んでいる。さらに、外側リング０３と内側リング０６との間に、汚れ水などの侵入に対して封止されるべき第１の間隙１２が構成されている。

ペダルクランクシャフト０１に２つの転がり軸受１３が間隔をおいて押し嵌められていて、これらはそれぞれ内側リング０６と、外側リング０３と、両方の軸受リング０３，０６の間に配置された複数の転動体０７と、シールリング０８と、エラストマーシール材０９とで構成される。両方の転がり軸受１３は、２つのハウジング部分からなるハウジング１１によって、少なくとも部分的に取り囲まれている。両方のハウジング部分１１は、締付けボルト１４によって互いに固定されている。ハウジング１１は、転がり軸受１３の領域で複数回折曲げられて構成されており、それにより、転がり軸受１３がほぼ全面的に２つの側で覆われる。外側リング０３とハウジング１１との間に、汚れ水に対して封止されるべき第２の間隙１６が形成されている。内側リング０６は、ペダルクランクシャフト０１と固定的に結合されて、これとともに回転する。外側リング０３と内側リング０６との間に、エラストマーシール材０９が径方向に配置されている。エラストマーシール材０９のさらなる詳細が、図２に示されている。

図２は、ペダルクランクシャフト０１の上のシール装置０２の一部分を横断面図で示している。外側リング０３は、その径方向外側に位置する面１７に、非中心的に位置している、周回するように構成された第１の溝１８を有している。溝１８の中に、ハウジング１１に当接して密封式に作用するシールリング０８が配置されている。外側リング０３は、その内側に位置する面１９に、第２の溝２１を有している。内側リング０６は、その内側に位置する面２２に、溝２３を有している。外側リング０３の第２の溝２１の中に、および内側リング０６の溝２３の中に、エラストマーシール材０９が密封式に配置されている。

エラストマーシール材０９はエラストマーからなり、その内側円周２６と外側円周２７で折曲げられて構成され、ここでは、側面２８に２つの突起２９を有するシール本体２４を含んでいる。シール本体２４の内側円周２６と外側円周２７は同じ軸方向へ、転動体０７に向かって折曲げられている。シール本体２４の内側円周２６に、内側リング０６の溝２３の中で密封式に当接する、ここでは２つのシールリップ３１が構成されている。両方のシールリップ３１は反対向きに折曲げられて構成されており、それにより、共同でＶ字を形成する。あるいは、互いに角度をなしてアライメントされた２つを超えるシールリップが存在していてもよい。シール本体２４の外側円周２７は補強されて構成されており、シール本体２４に向かって容積が減少していってクランプ***部を形成し、このクランプ***部が外側リング０３の第２の溝２１の中で回転不能に配置されて、そこで固定的なシール着座を保証する。

両方の突起２９は、軸方向で回転軸０４に対して平行にアライメントされており、ハウジング１１に密封式に当接する。両方の突起２９は、シール本体２４の内側円周２６と外側円周２７とに対して反対向きの方向にアライメントされ、外側リング０３とハウジング１１との間の第２の間隙１６の封止を補助する。さらに、両方の突起２９は、エラストマーシール材０９の固定的な着座を補助するとともに、内側リング０６からのシールリップ３１の浮き上がりを防止する。このように、両方の突起２９も同じく、両方の軸受リング０３、０６の間の第１の間隙１２の封止のための役目を果たす。転がり軸受１３は、リングシール材０８、軸方向外側に位置するエラストマーシール材０９、および、軸方向内側に位置する別のシール材３２を有している。

０１ ペダルクランクシャフト
０２ シール装置
０３ 外側リング
０４ 回転軸
０５ −
０６ 内側リング
０７ 転動体
０８ シールリング
０９ エラストマーシール材
１０ −
１１ ハウジング
１２ 第１の間隙
１３ 転がり軸受
１４ 締付けボルト
１５ −
１６ 第２の間隙
１７ 外側リング０３の外側に位置する面
１８ 外側リング０３の第１の溝
１９ 外側リング０３の内側に位置する面
２０ −
２１ 外側リング０３の第２の溝
２２ 内側リング０６の内側に位置する面
２３ 内側リング０６の溝
２４ シール本体
２５ −
２６ シール本体２４の内側円周
２７ シール本体２４の外側円周
２８ シール本体２４の側面
２９ 突起
３０ −
３１ シールリップ
３２ シール材

Claims (10)

1. 外側リング（０３）と、前記外側リング（０３）に対して共通の回転軸（０４）を中心として回転可能な内側リング（０６）と、の間の第１の間隙（１２）を封止するため、および、ハウジング（１１）と前記外側リング（０３）との間の第２の間隙（１６）を封止するためのシール装置（０２）であって、
   前記外側リング（０３）、前記内側リング（０６）、および前記ハウジング（１１）と、
   両方の前記リング（０３、０６）の間に配置されている、前記リング（０３、０６）を転動するための複数の転動体（０７）と、
   前記外側リング（０３）の溝（１８）の中に配置されているシールリング（０８）であって、前記外側リング（０３）の前記溝（１８）は、前記外側リング（０３）の径方向外側に位置する面（１７）に構成されており、前記シールリング（０８）は、前記ハウジング（１１）に当接している、シールリング（０８）と、
   前記内側リング（０６）と前記外側リング（０３）との間で径方向に配置された、円板状のシール本体（２４）を有するエラストマーシール材（０９）であって、前記シール本体（２４）の内側円周（２６）に、前記内側リング（０６）に密封式に当接する少なくとも１つのシールリップ（３１）が配置され、前記エラストマーシール材（０９）は、その外側円周（２７）が前記外側リング（０３）に回転不能に当接し、前記シール本体（２４）の側面（２８）には、前記ハウジング（１１）に密封式かつ力吸収式に当接する、軸方向に延びる少なくとも２つの突起（２９）が周回するように構成されている、エラストマーシール材（０９）と、を含む、シール装置（０２）。
2. 前記エラストマーシール材（０９）の前記内側円周（２６）に、反対向きに折曲げられて構成されており、前記内側リングに密封式に当接する少なくとも２つのシールリップ（３１）が構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のシール装置（０２）。
3. 前記シール本体（２４）は、前記内側円周（２６）と前記外側円周（２７）とで折曲げられて構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のシール装置（０２）。
4. 前記シール本体（２４）は、その前記外側円周（２７）に容積拡張部を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のシール装置（０２）。
5. 前記容積拡張部は、クランプ***部を形成することを特徴とする、請求項４に記載のシール装置（０２）。
6. 前記シール本体（２４）は、少なくとも部分的にエラストマーで取り囲まれている補強部を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のシール装置（０２）。
7. 前記エラストマーシール材（０９）のうちの前記シールリップ（３１）の領域に当接するばね部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のシール装置（０２）。
8. 電気モータの構成要素であり、クランクシャフト（０１）に、特にＥバイクのペダルクランクシャフト（０１）に配置されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載のシール装置（０２）。
9. エラストマーからなる円板状のシール本体（２４）を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載のシール装置（０２）のためのエラストマーシール材（０９）であって、前記シール本体（２４）の内側円周（２６）に、転がり軸受の内側リング（０６）に密封式に当接可能である少なくとも１つのシールリップ（３１）が配置され、前記エラストマーシール材（０９）は、その外側円周（２７）が前記転がり軸受の外側リング（０３）に当接可能であり、前記シール本体（２４）の側面（２８）には、ハウジング（１１）に密封式かつ力吸収式に当接可能である、軸方向に延びる少なくとも２つの突起（２９）が周回するように構成されている、エラストマーシール材（０９）。
10. 請求項１から８のいずれか１項に記載の少なくとも１つのシール装置を有することを特徴とする、特にＥバイクまたは電動アシスト自転車のためのペダルクランク装置。

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