(57)【要約】【課題】シールリップの摩耗を最小限に減じならがも長期間の良好な使用特性が得られるような、シール性能及び摩擦性能が動的に調整可能である密封装置を提供する。【解決手段】作動条件に応じて、シールリップ（１）の、密封すべき機械要素（５）に対する押付け力を変化させることができるようにする。シールリップ（１）は、密封すべき機械要素（５）の密封すべき表面（４）に、環状の力伝達要素（２）によって半径方向（３）に押付け可能となっている。力伝達要素（２）は、調整手段（６）によってその直径（７）を変化させることができる。【選択図】図１
2010144930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個のシールリップ（１）を含む密封装置であって、前記シールリップ（１）が、密封すべき機械要素（５）の密封すべき表面（４）に環状の力伝達要素（２）によって半径方向（３）に押付け可能であり、前記力伝達要素（２）が、調整手段（６）によって半径方向（３）に両方向で変化可能な有効直径（７）を有する、密封装置。
【請求項２】
前記有効直径（７）が無段階に変化可能である、請求項１記載の密封装置。
【請求項３】
前記力伝達要素（２）がほぼ円形の断面を有する、請求項１又は２記載の密封装置。
【請求項４】
前記シールリップ（１）が、半径方向（３）に隣接する領域内に前記力伝達要素（２）用の座部（８）を有し、該座部が、前記力伝達要素（２）に合同に形成されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の密封装置。
【請求項５】
前記力伝達要素（２）が、弾性柔軟な材料製の管（９）によって形成されており、前記調整手段（６）が、前記管（９）の中に配置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の密封装置。
【請求項６】
前記管（９）がエラストマーから形成されている、請求項５記載の密封装置。
【請求項７】
前記管（９）がＴＰＵ又はＰＵから形成されている、請求項５記載の密封装置。
【請求項８】
前記管（９）が、前記シールリップ（１）とは半径方向反対側で、前記力伝達要素（２）の材料より高い弾性係数を有する材料からなる帯部材（１４）で密着して取り囲まれている、請求項１から７のいずれか１項に記載の機械。
【請求項９】
前記帯部材（１４）が薄板リングから形成されている、請求項８記載の密封装置。
【請求項１０】
前記帯部材（１４）及び前記管（９）が、摩擦接続的及び／又は形状接続的に結合されている、請求項８又は９記載の密封装置。
【請求項１１】
前記管（９）が、周方向（１０）に見て、壁厚（１１）が異なる領域を有する、請求項５から１０のいずれか１項に記載の密封装置。
【請求項１２】
前記壁厚（１１）が異なる領域が、連続的に且つ急な方向転換なしに互いに移行し合いながら形成されている、請求項１１記載の密封装置。
【請求項１３】
最も薄い壁厚（１１．１）の領域が、半径方向（３）で前記シールリップ（１）の方を向いている、請求項１１又は１２記載の密封装置。
【請求項１４】
最も厚い壁厚（１１．２）の領域が、半径方向（３）で前記シールリップ（１）とは反対側にある、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の密封装置。
【請求項１５】
前記調整手段（６）が圧力負荷可能である、請求項１から１４のいずれか１項に記載の密封装置。
【請求項１６】
前記調整手段（６）が空気又は油である、請求項１から１５のいずれか１項に記載の密封装置。
【請求項１７】
前記力伝達要素（２）がケーブル（１２）によって形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の密封装置。
【請求項１８】
前記調整手段（６）が、前記ケーブル（１２）の長さを変化させることができるサーボモータによって形成されている、請求項１７記載の密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環状の力伝達要素によって、密封すべき機械要素の密封すべき表面に半径方向に押付け可能である少なくとも１個のシールリップを含む密封装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような密封装置は一般に公知であり、例えばラジアルシャフトシールとして形成されている。その際、力伝達要素は金属材料製の環状コイルばねによって形成され、シールリップが、密封装置の規定された方式での使用中常に、密封すべき表面に密に押付けられるという機能を果たしている。環状コイルばねは、シールリップの弾性材料の弛緩と作動条件によるシールリップの摩耗とをバランス（調整）するものであり、密封すべき空間内が相対的により小さい過圧を有し、その過圧だけでは密封すべき機械要素、例えばシャフトの密封すべき表面にシールリップが十分に押付けられなくなる場合にも確実な密封が得られるよう配慮されている。
【０００３】
このような力伝達要素の欠点は、汚れによって故障を起こしやすくなることであり、この力伝達要素が作用する半径方向力が、密封装置の規定された方式での使用中ほぼ一定であることである。よって、実際の様々な作動条件下での使用が可能でない。また、力伝達要素によって得られる密封すべき表面へのシールリップの押付けは、例えばこの押付けがシール作用に全く必要ない場合にも高く、そのことによって作動中にシールリップに不要に高い摩擦、それにより発生する熱及び熱の作用による密封装置の望ましくない高い摩耗が生じてしまう。
【０００４】
これに対し、周知の環状コイルばねが、シールリップを密封すべき機械要素の密封すべき表面にわずかな予荷重だけで押付けるよう設計されている場合には、漏れの危険が生じ、その場合、使用特性は満足のいくものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、冒頭に記載の密封装置をさらに発展させ、密封装置が機能技術的に改善された信頼できる力伝達要素を有するように且つ密封装置のシール性能及び摩擦性能が密封装置の作動中に動的に調整可能であるようにして、それにより、作動条件によるシールリップの摩耗を最小限に減じるが、それでも長い使用期間にわたる良好な使用特性を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は特許請求項１の特徴によって解決される。有利な形態については従属請求項を参照されたい。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の構成では、力伝達要素が、調整手段によって半径方向の両方向に変化可能な有効直径を有する。
【０００８】
このように有効直径が半径方向に調整可能であり、利用の都度毎の各状況に適合していることによって、シール性能及び摩擦性能を意図的に変化させることができ、様々な作動条件に適合させることができる。調整手段によって、シールリップの押付けに有効な力伝達要素の直径の大きさが調整され、それにより、密封すべき機械要素の密封すべき表面へのシールリップの押付けが調整される。
【０００９】
密封すべき表面へのシールリップの比較的大きな押付けが所望される場合には、調整手段は、力伝達要素を、シールリップを圧迫する力が大きくなるように操作される。これは、例えば、密封すべき空間内で周囲に対する過圧を密封したいが、密封すべき表面へのシールリップの十分な押付けのためにはその過圧だけでは不十分である場合に重要である。
【００１０】
これに対して、密封すべき空間内の圧力が下がった場合、調整手段は、例えば、力伝達要素がシールリップに比較的よりわずかな力で作用し且つそれによりシールリップがそれでも密封すべき表面にわずかな力で密接しているように操作される。シールリップへの押付け力が減じられることによって、摩擦性能が小さくなり、それによってシールリップの摩耗も小さくなる。
【００１１】
したがって、力伝達要素によるシールリップへの力がそれぞれの作動条件に適合し、その結果、一方では良好なシール作用、他方では小さな摩耗をもたらす小さな摩擦性能という両者の間での優れた妥協が得られる。
【００１２】
上記密封装置は、有効直径が無段階に調整可能であると、特に良好な使用特性を示す。直径が無段階に調整可能であることによって、力伝達要素がシールリップを密封すべき表面に押し付ける押付け力を特に微細に調節することができ、その結果、密封装置は、良好な使用特性が変わらないまま特に長い耐用年数を有するようになる。
【００１３】
力伝達要素は、ほぼ円形の断面を有していてよい。この場合、密封装置、例えばラジアルシャフトシールの通常の形態を変わらずに引き続き維持することができ、使用されている周知の金属材料製の環状コイルばねを、適当な本発明による力伝達要素に単に交換できるので、有利である。
【００１４】
シールリップは、半径方向に隣接する領域内に力伝達要素のための座部を有していてもよく、この座部は、力伝達要素に合同に（力伝達要素の形状に適合するように若しくは一致するように）形成されている。力伝達要素はがほぼ円形の断面を有する場合には、座部はほぼ半円形ないし４分の３円形に形成される。それにより、力伝達要素は、密封装置中で確実にその座部内に保持され、シールリップに対して常に最適に位置付けされる。
【００１５】
力伝達要素は、弾性的に柔軟な（弾性的に曲がりやすい）材料製の管によって形成されていてもよく、この管の中に調整手段が配置される。管はエラストマーから形成されていてよいし、ＴＰＵ又はＰＵから形成されていてよい。このような力伝達要素は、安価に多くの寸法で簡単に製造可能であるので、特に有利である。このような力伝達要素は、管を膨らませると管径が拡大し、有効直径が縮小し、それによりシールリップへの押付け力が増大し、また圧媒体を排出させると管径が縮小し、有効直径が拡大し、それによりシールリップへの押付け力が減少することから、有効直径の調整に特に好適である。管はＴＰＥからなっていてもよい。
【００１６】
管は、半径方向でシールリップとは反対側で、力伝達要素の材料より高い弾性係数を有する材料からなる帯部材で密着して取り囲まれていてもよい。この帯部材は、薄板リングにより形成されていてもよく、好ましくは金属からなる。帯部材は、上記管を支持するために設けられており、管へ圧力負荷時の支承部（Widerlager）を形成する。圧力負荷時には、管は、帯部材が配置されていることによって帯部材の方向には膨張できない。圧力負荷時の管の膨張は、半径方向でシールリップの方向にほぼ限って達成することができる。それにより、密封すべき表面へのシールリップの押付けが必要に応じて変化する。
【００１７】
帯部材及び管は、摩擦接続的に且つ／又は形状接続的に（嵌合により）結合していてよい。このような結合は、例えば、管が、半径方向でシールリップとは反対側でＵ字形の受容部を帯部材用に有することによって行うことができる。このために帯部材は、好ましくは長方形の断面を有し、この長方形の３辺がＵ字形の受容部によって囲まれる。Ｕ字形の受容部は、好ましくは管と一体的に且つ材料均一で形成されている。これにより、密封装置は簡単に且つ安価に製造可能である。
【００１８】
管は、周方向に見て、壁厚が異なる領域を有していてもよい。この壁厚が異なる領域は、調整手段の操作によって様々な強さで膨らみ、その結果、管の形状寸法の所望の変化を、調整手段の操作により達成することができる。
【００１９】
壁厚が異なる領域は連続的に且つ急な方向転換なしに互いに移行し合いながら形成されていてよい。この場合、調整手段の操作時に管の機械的な荷重若しくは負荷が最小限に減じられていると有利である。これにより、例えば、急な方向転換のために生じる、使用期間を縮めてしまう不都合なノッチ効果が回避される。
【００２０】
最も薄い壁厚の領域は、好ましくは、半径方向でシールリップの方を向いている。最も厚い壁厚の領域は、好ましくは、半径方向でシールリップの反対側にある。壁厚のこのような分布によって、調整手段の圧力負荷時に管は、最も薄い壁厚の領域内で他の領域内よりも強く膨らみ、それにより、力伝達要素の力を特に効果的に且つ所望のようにシールリップに伝達させることができる。これに対して、最も厚い壁厚の領域は、相応の寸法でほとんど膨張しない。これにより圧力発生装置の寸法を小さく、よって安価にすることができる。
【００２１】
最も薄い壁厚に対する最も厚い壁厚の比率は、好ましくは少なくとも１、さらに好ましくは３である。
【００２２】
調整手段は圧力負荷可能であって、空気又は油からなっていてよい。このような媒体は、空気圧技術又は液圧技術の分野で知られており、よって十分に使いこなすことが可能である。調整手段として空気が使用される場合には、この媒体が十分に環境と調和的であり、その圧縮率によって特に緩やかに調整可能であるので有利である。これに対し、調整手段として油が使用される場合には、この媒体が本質的に非圧縮性であり、それによりこの力伝達要素が特に正確に調整可能であるので有利である。
【００２３】
例えば、Ｎ２又はＡｒといったガスも調整手段として使用することかできる。
【００２４】
他の実施形態によれば、力伝達要素はケーブルによって形成されていてもよい。その場合、調整手段を、ケーブルの長さを変化させることができるサーボモータによって形成することができる。このような実施形態は、密封装置の周辺で、力伝達要素の操作に利用可能であるはずの空気圧も油圧も利用できない場合に特に有利である。
【００２５】
一般に、密封装置は、そのシールリップが、半径方向内側で、例えば密封すべきシャフトの密封すべき表面に載置されているか、又は半径方向外側で中空円筒のハウジングの内壁に密着且つ気密に接触していてよい。
【００２６】
図面に３つの実施例を、それぞれ概略図で示す。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】環状の力伝達要素が弾性材料製の管によって形成された、本発明による密封装置の第１の実施例を示す図である。
【図２】力伝達要素がケーブルによって形成されている、本発明による密封装置の第２の実施例を示す図である。
【図３】管がシールリップとは半径方向反対側で帯部材により取り囲まれている、図１の実施例に類似の第３の実施例を示す図である。
【図４】本発明の第３の実施例による密封装置の試作品（試作品番号Ｉｂ）の構造を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１〜３に、本発明による密封装置の実施例をそれぞれ示すが、各図では、力伝達要素２がそれぞれ異なって形成されている。いずれの密封装置もそれぞれ、動的に負荷がかかる弾性材料製のシールリップ１を備えたラジアルシャフトシールとして形成されており、このシールリップは、ここではシャフトとして形成されている密封すべき機械要素５の密封すべき表面４を半径方向の予荷重下で密に取り囲んでいる。
【００２９】
本発明によれば、力伝達要素２の有効直径７は、その作動中に、調整手段６によって密封装置の半径方向３に調整可能である。調整手段６の操作によって、力伝達要素２の有効直径７は、使用の都度毎の各状況及び作動条件に応じて、より大きく又はより小さく調整できる。
【００３０】
全ての実施例において、有効直径７が無段階に変化可能である。
【００３１】
図１に、本発明による密封装置の第１の実施例を示す。力伝達要素２は、柔軟な材料（エラストマー、ＰＵ、ＴＰＵ）製の管９によって形成されており、管９はほぼ円形の断面を有しており、管９の中には、調整手段６として加圧可能な媒体が配置されている。調整手段６は、例えば空気又は油であってよい。
【００３２】
調整可能な有効直径７とは、密封すべき表面４へのシールリップ１の押付け力に関し有効である直径のことをいう。この有効直径７によって、密封すべき機械要素５の密封すべき表面４へのシールリップ１の多かれ少なかれ強い押付けが得られる。
【００３３】
管９として形成された弾性材料製の力伝達要素２は、調整手段６の圧力負荷時に弾性材料が弾性伸張し、それによって管の外径１３を変化させる場合、特に有利である。調整手段６の圧力負荷時には管の外径１３は大きくなり、それによって、シールリップ１に作用する変化可能な直径７は小さくなり、よって、密封すべき表面４へのシールリップ１の押付け圧は高くなる。
【００３４】
これと反対に、調整手段６への圧力負荷が再び減じられると、管の外径１３は小さく、有効直径７は大きくなり、その結果、密封すべき表面４へのシールリップ１の押付け圧は小さくなる。
【００３５】
ここに示す実施例では、管９は、その周方向１０に沿って壁厚が異なる領域を有する。異なる壁厚１１．１、１１．２は連続的に且つ急な方向転換なしに互いに移行し合い、最も薄い壁厚１１．１の領域は半径方向３でシールリップ１の方を向いており、最も厚い壁厚１１．２の領域は半径方向３でシールリップ１とは反対側にある。つまり、最も薄い壁厚１１．１及び最も厚い壁厚１１．２は、半径方向３で互いに反対側にある。調整手段６の圧力負荷時には、管９は最も薄い壁厚１１．１の領域内でより強く変形する。それというのは、管９がその領域で、最も厚い壁厚１１．２の領域及び他の領域でより柔軟で変形し易いからである。したがって、圧力負荷時には、管９は、半径方向３にシールリップ１に向かってより強く膨張し、これにより、密封すべき表面４へのシールリップ１の押付けが増大する。
【００３６】
管９が非対称の壁厚を有していることにより、ここでは半径方向３である負荷の優位方向（Belastungsvorzugrichtung）での管９の所望の拡張が可能となり且つ有効となる。
【００３７】
図２に、本発明による密封装置の第２の実施例を示す。図２は、先に記載した図１による実施例とは、環状の力伝達要素２が異なる形式で形成されている点で相違している。この実施例では、力伝達要素２は、ケーブル１２によって形成されており、そのケーブルの長さは、サーボモータ（調整モータ）６によって変化可能となっている。
【００３８】
密封すべき機械要素５の密封すべき表面４へのシールリップ１の必要な押付けに依存して、ケーブル１２の長さは短くなって、それによってより小さな有効直径７及び表面４へのシールリップ１のより大きな押付けが得られるか、又は長くなって、それにより、有効直径７が大きくなり且つ表面４へのシールリップ１の押付けが小さくなる。
【００３９】
図３に、図１の実施例に類似の第３の実施例を示す。管９は、半径方向でシールリップ１とは反対側で、力伝達要素の材料より高い弾性係数を有する材料からなる帯部材１４で取り囲まれている。この実施例の場合には、この帯部材１４は薄板リングからなり、この薄板リングは、長方形の断面を有し、位置固定されてＵ字形の受容部１５内に配置されている。Ｕ字形の受容部１５は、管９の一体的で且つ材料一様である構成要素を形成する。帯部材１４は、力伝達要素の押付け力のための支承部若しくは力受容部を形成する。
【００４０】
本発明の密封装置の利点の１つは、密封装置の作動中、その時点の実際の作動条件に依存して、シール性能及び摩擦性能が調整可能なことである。作動条件による摩耗は、密封すべき表面４へのシールリップ１の押付けの所望の適合によって最小限に削減され、これにより、密封装置の有効寿命が長くなる。
【００４１】
さらに特に有利であるのは、これまで使用されてきた金属材料製の環状コイルばねを、環状の力伝達要素２に簡単に交換することかできることであり、それは、環状コイルばねの座部を力伝達要素２のための座部８として利用することができるためである。
【符号の説明】
【００４２】
１  シールリップ
２  力伝達要素
３  半径方向
４  密封すべき表面
５  密封すべき機械要素
６  調整手段
７  有効直径
８  座部
９  管
１０  周方向
１１、１１．１、１１．２  壁厚
１２  ケーブル
１３  管の外径
１４  帯部材
１５  受容部
【図１】
2010144930.tif 000003
【図２】
2010144930.tif 000004
【図３】
2010144930.tif 000005
【図４】
2010144930.tif 000006