JP3869369B2 - ２つのシールリップを有するロータリーシャフトシール - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、２つの仕切板本体を備えたロータリーシャフトシールに関し、これらの仕切板本体は、支持要素上に取り付けられ、かつ、シールリップを備えた別々のシール仕切板を有し、このシールリップは、シールすべきシャフトに当接する。
【０００２】
ロータリーシャフトシールを含み、シール仕切板のシールリップが圧力方向に向かって傾斜し、シールすべきシャフトに当接しているようなシャフトシールシステムは、例えばＥＰ−Ａ１−０７０６００１から公知である。例えば、シールリップとシャフトの間で捕らえられる粒子により第１シールが故障したときに例えば予備のシールが所望される場合、しばしば２つのシール仕切板がシールシステムにおいて組み合わされる。単に一連の簡単なシステムを設けることに代えて、２つのシール仕切板を備えた統合システムも提案され低い高さを達成している。この種のシステムは、上記欧州特許出願に記載されている。この場合、第１仕切板本体の第１シール仕切板は、圧力マウントにより支持され、支持要素を含んだ第２仕切板本体は、圧力側から第１仕切板本体内に挿入される（図２参照）。
この構成の欠点は、第１の外側の仕切板本体と第２の内側の仕切板本体の間の圧力側に隙間が存在し、これが開放して加圧流体の効果でダクトを形成し得、これにより、第２シール仕切板のシール効果を打ち消すことである。この問題は、粒子が当該ダクトを貫通してそれらを安定化する場合に特に深刻となる。
【０００３】
本発明の目的は、このような欠点を持たない２つのシールリップを備えたロータリーシャフトを提示することである。
この目的は、主な請求項に記載のロータリーシャフトシールにより達成される。
本発明によるシールでは、第１の内側仕切板本体と第２の外側仕切板本体の間の隙間が、第２シール仕切板により圧力側にて覆われ、その上に作用する圧力によりシールされる。流体又は粒子は、もはやこの隙間を貫通できない。
好ましくは、支持要素は、アングルリングとして構成され、その半径方向の脚部は第２シール仕切板に面してそれを支持する。
圧力マウントも、第２の外側仕切板本体内の当該シールの内側部品を保持することにより固定リングとして働く。これは円盤形状の構成とするのが好ましい。
支持要素と圧力マウントは、固体材料、例えば鋼又は特殊鋼のような金属などから作られる。
【０００４】
好ましくは、仕切板本体は、例えば弾性プラスチックのような弾性材料から作られる。特に適するのは、フルオロエラストマー（例えばViton （ＩＳＯコードＦＰＭ）など）や必要なら水素化し得るニトリルゴム（例えばTherban （ＩＳＯコードＨＮＢＲ））である。これらのエラストマーは、通常の方法、例えば硫黄又は過酸化物の加硫により架橋できる。
シールリップを備えたシール仕切板、場合によっては仕切板本体の全体のエラストマー材料は、潤滑固体から成る粒子を含有するのが好ましい。この目的のために特に好ましいのは、グラファイト及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。
２つのシール仕切板の間の空間は、潤滑剤で満たすのが有利である。これは、圧力側の流体媒体が潤滑効果を有しない場合に永久潤滑として働き、又はドライラン(dry-running）の場合に緊急時潤滑として働き得る。
【０００５】
好ましい実施態様では、第３仕切板本体が、第１仕切板本体の内側に設けられ、シール仕切板を有し、そのシールリップがシャフトに接触しかつ圧力方向から離れるように傾斜する。初めて媒体を充填する場合（一般に２〜２０ｈＰａ）にそうであるが、この仕切板本体は、容器内が真空の場合に外側の大気圧に対してシールすべき流体媒体の容器をシールする。それらの傾斜配置により、第１及び第２シールリップは、この場合には外側の大気圧によりシャフトから持ち上げられ、それにより外側の空気が容器に入ってしまい、このことは、例えば吸引による充填が妨げられ、又は少なくとも大いに遅延させられることを意味する。
好ましくは、第３仕切板本体のシール仕切板は、支持要素の圧力側でない側に対して軸方向に当接している。有利には、非加圧状態において軸方向のシフトを防止するために、第３仕切板のシール仕切板は、半径方向外側エッジで曲げられ、軸方向の脚部を形成する。この脚部は、第１仕切板本体の圧力側に当接している。半径方向の取り付けのために、軸方向の脚部は便宜上、第１仕切板本体中に嵌められ、又は場合によっては支持要素の軸方向脚部内に嵌められる。
【０００６】
第３仕切板本体のシールリップは、圧力なしでシャフトに当接するような大きさとするのが有利である。このことが、第３仕切板が圧力下での運転中の摩擦により生じるパワー浪費を防止する。
第３仕切板本体は、第１及び第２仕切板本体について上記特定したのと同じ材料から作ることができる。しかしながら、それはシャフトが静止している間の充填中に圧力下でシャフトに対して当接しているだけなので、この材料はいかなる潤滑固体流体をも含む必要がない。例えば、単純なニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）が適する。
【０００７】
本発明によるロータリーシャフトシールの一つの利点は、組立中に内側の部品全てが、一方の側、すなわち非加圧側から第２の外側仕切板本体中に挿入され得ることである。適当なら、このことは第３仕切板本体にも妥当する。このことは製造を容易にする。図２による公知のシールでは、これは外側仕切板本体のＴ字状プロファイルゆえに可能でない。
本発明によるシールの組立における別の利点は、それが軸方向の圧力下で軸受取付台内に押圧される際に損なわれず残ることである。この軸方向の圧力は必要である。というのは、弾性の第２仕切板本体が、わずかにオーバーサイズであり、プレスばめにより軸受取付台内に固定されるからである。公知のシール（図２）では、圧力側の仕切板本体は、組立前にもう一方の仕切板本体内に軸方向に移動できる。これは、それがシャフト上に捕らえられもう一方の仕切板本体に対してシフトするという危険性を引き起こし、その結果、シールは離れ落ち、又は規定された軸方向の寸法を越える。圧力側の仕切板本体は、少なくとももはや適所には固定されず、加圧媒体はさらに容易に仕切板本体間の隙間を通過できてしまう。
本発明によるロータリーシャフトシールは、加圧された流体媒体を含んだ容器内に通じるシャフト開口をシールするのに使用できる。特に、これは水ポンプのシャフトのシール、特に自動車の内燃エンジンに適する。
【０００８】
添付の図１に示した好適な実施態様に基づいて、本発明をさらに詳しく説明する。図２は、上述した従来技術によるロータリーシャフトシールを示す。図３は、好ましい実施態様を示す。
図１は、本発明によるロータリーシャフトシールを示す。これは、運転中に加圧された流体媒体（例えば冷却水）で満ちた容器の壁におけるシャフト開口に対する軸受取付台に設置される。媒体の圧力は、矢印１３の方向にシールに作用する一方、通常はシールの反対側は外側の空気に接触している。
エラストマー材料から作られた第１仕切板本体２は、支持要素３に取り付けられる。支持要素３は、アングルリングの形態をなす。第１シールリップ７を備えた第１シール仕切板６が、第１仕切板本体２に一体成形される。この第１シールリップ７は、シャフト１２に対して堅固に当接しており、圧力方向に向かって傾斜している。同様に圧力方向に傾斜しかつシャフトに当接している第２シールリップ９を備えた第２シール仕切板８が、第２仕切板本体４の圧力側に一体成形され、これが第１仕切板本体２とその中に挿入された支持要素３を取り囲む。穴の開いた円盤の形態を有する圧力マウント５が、第１仕切板本体２の非加圧側に配置される。圧力マウント５は、第２仕切板本体の内向きに面した包囲エッジ１０により非加圧側にて軸方向適所に保持される。全体の構成が、軸受取付台１内に挿入され、その際、第２仕切板本体４のエラストマー材料の十分にオーバーサイズな寸法により、堅固なプレスばめが保証される。第１及び第２仕切板本体間の隙間１１は、第２シール仕切板８によりすっかり覆われる。
【０００９】
図２では、第１シールリップ２１を備えた第１仕切板本体２０が、支持要素２２上に取り付けられ、第２仕切板本体２３内に挿入される。後者は、Ｔ形状のプロファイルを有し、支持要素の端部にて延び出してシールリップ２７を備えた第２シール仕切板となっている。第２シール仕切板を支持するために、非加圧側に圧力マウント２４が設けられ、これは、第２仕切板本体の包囲エッジ２５により軸方向適所に保持される。第１及び第２仕切板本体間は隙間２６であり、これは圧力側に向かって開放している。この構成により、第１仕切板本体は、圧力側から第２仕切板本体内に挿入しなければならず、一方、圧力マウントはもう一方の側からのみ嵌めることができることも分かる。また、仕切板本体２０は、それが軸受取付台内に押圧されない限り、仕切板本体２３内において移動できる。
【００１０】
図３は、第３仕切板本体を備えた本発明によるシールの好適な実施態様を示す。これも第１仕切板本体４２が、第２仕切板本体４４に挿入され、圧力マウント４５により非加圧側にて軸方向に支持される。第２仕切板本体は、半径方向の外側ビード５６を有し、これは、プレスばめに加えて軸受取付台４１での軸方向の支持をさらに付与する。もちろん、この種のビードは他の実施態様においても設けることができる。第２仕切板本体の仕切板は、支持要素４３の圧力側に当接しており、これにより支持されている。支持要素４３はアングルリングであり、その軸方向の脚部が第１仕切板本体４２の内側に当接している。第３仕切板本体５３も、アングルリングの形状を有し、支持要素４３の非加圧の内側に当接している。その軸方向の脚部は、第１仕切板本体４２まで延びる。その結果、内部空間５６における第３仕切板本体の軸方向の移動は不可能である。第３仕切板本体の半径方向の脚部の内側エッジは、非加圧側に向かって傾斜し、シールリップ５５を形成し、これはシャフト５２と接触している。このシールリップは、いかなる圧力もシャフトに及ぼさないような大きさを有し、このことは、シャフトが回転する際に摩擦力が発生しないことを意味する。しかしながら、シャフトが静止している間に加圧媒体が満たされるとき、シールすべきポンプハウジングの内側の第２シール仕切板４８の側に真空が存在するならば、第１仕切板本体のシールリップの下から入る大気圧５７が、シールリップ５５をシャフトに対して堅固に押圧する。シールの内部空間５６は、潤滑グリースで満たされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 好適な実施態様を示す。
【図２】 従来技術によるロータリーシャフトシールを示す。
【図３】 好適な実施態様を示す。
【符号の説明】
１ 軸受取付台
２ 第１仕切板本体
３ 支持要素
４ 第２仕切板本体
５ 圧力マウント
６ 第１シール仕切板
７ 第１シールリップ
８ 第２シール仕切板
９ 第２シールリップ
１０ エッジ
１１ 隙間
１２ シャフト
１３ 容器内での圧力の方向
２０ 第１仕切板本体
２１ 第１シールリップ
２２ 支持要素
２３ 第２仕切板本体
２４ 圧力マウント
２５ エッジ
２６ 隙間
２７ 第２シール仕切板
４１ 軸受取付台
４２ 第１仕切板本体
４３ 支持要素
４４ 第２仕切板本体
４５ 圧力マウント
４８ 第２シール仕切板
５２ シャフト
５３ 第３仕切板本体の半径方向脚部
５４ 第３仕切板本体の軸方向脚部
５５ 第３仕切板本体のシールリップ
５６ シールの内部空間
５７ 外側空気の圧力

Claims (11)

1. 第１仕切板本体（２）と第２仕切板本体（４）とを備えたロータリーシャフトシールであって、前記第１仕切板本体（２）は、第１シールリップ（７）を備えた第１シール仕切板（６）を有し、前記第１シールリップ（７）は、シャフト（１２）にしっかり接触しかつ圧力方向に向かって傾斜し、また前記第１仕切板本体（２）は、支持要素（３）上に取り付けられ、圧力マウント（５）により非加圧側にて支持され、前記第２仕切板本体（４）は、第２シール仕切板（８）を有し、前記第２シール仕切板（８）は、第１シール仕切板（６）から圧力方向に一定の距離にて配置され、第２シールリップ（９）を有し、前記第２シールリップ（９）は、シャフトに当接しており、圧力方向に向かって傾斜し、また、前記第２仕切板本体（４）の中に、非加圧側の圧力マウント（５）のみならず第１仕切板本体（２）と共に支持要素（３）が挿入され、前記支持要素（３）は、第２シール仕切板（８）を支持し、前記圧力マウントは、第１仕切板本体（２）と第２仕切板本体（４）の内方向に面する包囲エッジ（１０）との間にて軸方向適所に保持され、前記第１仕切板本体（２）と第２仕切板本体（４）が弾性材料から作られる上記ロータリーシャフトシール。
2. 支持要素（３）がアングルリングとして構成され、その半径方向の脚部が第２シール仕切板（８）に面する、請求項１記載のロータリーシャフトシール。
3. 圧力マウント（５）が円盤形状の構成をなす、請求項１又は２に記載のロータリーシャフトシール。
4. 第１シール仕切板若しくは第２シール仕切板又はその両方が、潤滑固体から成る粒子を含有するエラストマー材料から作られる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータリーシャフトシール。
5. 前記粒子がグラファイト又はＰＴＦＥから成る、請求項４記載のロータリーシャフトシール。
6. 前記２つのシール仕切板（６、８）の間の空間に潤滑剤が満たされる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータリーシャフトシール。
7. 第３仕切板本体が、第１仕切板本体（４２）の内側に設けられ、かつ、シール仕切板（５３）を有し、そのシールリップ（５５）は、シャフト（５２）と接触し、かつ、圧力方向（１３）から離れるように傾斜している、請求項１〜６のいずれか一項に記載のロータリーシャフトシール。
8. 第３仕切板本体のシール仕切板（５３）が、支持要素（４３）の非加圧側にて支持される、請求項７記載のロータリーシャフトシール。
9. 第３仕切板本体のシール仕切板（５３）が、半径方向外側エッジで曲げられて軸方向脚部（５４）を形成し、前記軸方向脚部（５４）が、第１仕切板本体（４２）の圧力側に当接している、請求項８記載のロータリーシャフトシール。
10. 第３仕切板本体の軸方向脚部（５４）が、第１仕切板本体（４２）又は支持要素（４３）の軸方向脚部内に嵌められる、請求項９記載のロータリーシャフトシール。
11. 第３仕切板本体のシールリップ（５５）が、シャフト（５２）に圧力を加えることなく該シャフト（５２）に当接している、請求項７〜１０のいずれか一項に記載のロータリーシャフトシール。

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