(57)【要約】  旋回モータは、特に運転温度範囲が広範な場合に、内部に対する大きなシール問題を有している。従って、−４０〜＋１３０℃の温度範囲に亘ってシール製を改善するために、シール装置１９を提案する。このシール装置１９は、１つの内側の柔軟なシール部材２０と、複数の外側の剛性のシール部材２１，２２，２３，２４とから成っており、この場合、これらの柔軟なシール部材２０と剛性のシール部材２１，２２，２３，２４とは解離不能に互いに結合されており、剛性のシール部材２１，２２，２３，２４の周方向のシール面は、負荷されていない状態では柔軟なシール部材２０のシール面と合致しており、剛性のシール部材２１，２２，２３，２４は、少なくとも１つの半径方向の補償ギャップ２５と少なくとも１つの軸平行の補償ギャップ２６とによって互いに隔てられており、これらの補償ギャップ２５，２６はシール装置の両側に、一方の側の補償ギャップ２５が他方の側の補償ギャップ２６と重ならないように配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラジアル旋回モータのためのシール装置であって、旋回モータが少なくとも１枚のステータブレードを備えたステータ（１）と、少なくとも１枚のロータブレード（８）を備えたロータ（２）とから成っており、これらのステータとロータとが、少なくとも１つの吐出し室及び吸込み室を形成しており且つ内部に対してシールするために各１つのシール装置（１９）を備えており、該シール装置（１９）が、それぞれロータブレード（８）及びステータブレードの組込み溝（１８）にプレス嵌めされており且つ外側の複数の剛性のシール部材（２１，２２，２３，２４）と、これらの外側の剛性のシール部材（２１，２２，２３，２４）を互いに結合する１つのエラストマ製の予負荷部材とから成っている形式のものにおいて、
予負荷部材が柔軟なシール部材（２０）として形成されており、外側の剛性のシール部材（２１，２２，２３，２４）が複数の部材から構成されており、柔軟なシール部材（２０）と剛性のシール部材（２１，２２，２３，２４）とが解離不能に互いに結合されており、剛性のシール部材（２１，２２，２３，２４）の周方向のシール面が、負荷されていない状態では柔軟なシール部材（２０）のシール面と合致しており、剛性のシール部材（２１，２２，２３，２４）が、少なくとも１つの半径方向の補償ギャップ（２５）及び少なくとも１つの軸平行の補償ギャップ（２６）によって互いに隔てられており、これらの補償ギャップ（２５，２６）がシール装置の両側に、一方の側の補償ギャップ（２５，２６）が他方の側の補償ギャップ（２５，２６）と重ならないように配置されていることを特徴とする、ラジアル旋回モータのためのシール装置。
【請求項２】
柔軟なシール部材（２０）及び剛性のシール部材（２１，２２，２３，２４）の長さ及び深さが、シール装置（１９）の組込み後も幅の減少された補償ギャップ（２５，２６）が残るように設定され且つ互いに合わされている、請求項１記載のシール装置。
【請求項３】
柔軟なシール部材（２０）が、温度低下により生じる当該の柔軟なシール部材（２０）及び剛性のシール部材（２１，２２，２３，２４）の収縮よりも大きな予負荷力を生ぜしめるエラストマから成っており且つ前記予負荷力を生ぜしめる寸法を有している、請求項１記載のシール装置。
【請求項４】
半径方向の補償ギャップ（２５）と軸平行の補償ギャップ（２６）とが圧力オイルを通す通路として形成されており且つ旋回モータの各吐出し室と接続されている、請求項１記載のシール装置。
【請求項５】
柔軟なシール部材（２０）と剛性のシール部材（２１，２２，２３，２４）とが、接着又は加硫によって互いに結合されている、請求項１記載のシール装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式の、ラジアル旋回モータのためのシール装置に関する。このような旋回モータは、特に車両製造及び航空・宇宙飛行において使用される。
【０００２】
ラジアル旋回モータは一般に、内部に少なくとも１枚のステータブレードを有しており且つ端面をカバーによって閉鎖されたケーシングと、前記カバーに支承された出力軸及び少なくとも１枚のロータブレードから構成されたロータとから成っている。ロータブレードは、ケーシングのステータブレードに比べて制限された範囲内でしか旋回することができず、このようにしてステータブレードと相俟って少なくとも１つの吐出し室及び吸込み室を形成している。
【０００３】
吐出し室と吸込み室との間の内部シール性を保証するためには、ロータブレードにもステータブレードにも形の適合された滑りシール部材が装備されており、この滑りシール部材は側方のカバー及びケーシングの内壁若しくはロータに接触している。まさにこの領域において繰り返し大きなシール問題が発生する。なぜならば、所定の範囲内で制限された、繰り返し変わるロータの回転運動に基づいてシール部材の摩耗が増大するからであり、更に、シール部材が極めて広範な運転温度範囲に晒されているからでもある。
【０００４】
これらの問題を解決するためには、既にいくつかの提案が公知である。即ち、ドイツ連邦共和国特許第１９９３５２３４号明細書に記載の、所定の充填材から成る滑りシール部材の構成は、周方向のシール体を予負荷に基づいて支持するようになっており、この場合、前記充填材は分割され延いては長手方向で互いに平行に運動可能に構成されており、各充填材の間には少なくとも１つのばね部材が配置されている。これにより、各充填材は互いに逆方向に作用する力によって緊締される。このシール形態における欠点は、シール条片が多数の個別部材から成っており、これにより製作が高価であり且つ組込みに手間がかかるという点にある。更に、柔軟な材料から成る前記ばね部材は小さな体積しか有していないので、得られる予負荷力も極めて小さい。更に、これらのばね部材は半径方向にしか作用しない。これらの全てのことが不密性につながる。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９２７６１９号明細書から、弾性的な予負荷部材の作用を、この予負荷部材に組み込まれた１つ又は複数の金属ばねによって支持することが公知である。この場合、この金属ばねはダイヤフラムばね、波形ばね、スパイラルばね又は圧縮ばねであってよい。これらの付加的な金属ばねによってシール部材のための予負荷力は増大されるが、このためには当該手段は技術的にほとんど実施され得ない。つまり、圧縮ばねはロータの回転軸に関して半径方向及び軸平行な方向で作用する必要があり、そうすると、圧縮ばねを交差するようにも配置しなければならないからである。このことは軸方向で極めて広幅な組込みスペースを要求し、この広幅の組込みスペースはロータブレード若しくはステータブレードの寸法に基づき簡単には得られない。
【０００６】
これに対してドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９２７６２１号明細書で紹介された条片形の滑りシール部材は、第１の四角形のＰＴＦＥ製のシールフレームと、第２の四角形のＰＴＦＥ製のシールフレームと、エラストマ製の予負荷部材とから成っている。両シールフレームと予負荷部材とは同じ大きさに構成されており且つ接着又は加硫によって１つのパッケージを成すようにサンドイッチ状に接合されており、前記両シールフレームは半径方向でも軸方向でも互いにずらされて配置されている。この場合、前記予負荷部材は両シールフレームの間に配置されており且つ対応する側方突出部を以て両シールフレームの中空室に係合するので、両シールフレームは旋回モータへの組込みに際して予負荷部材の力によって同程度に、半径方向と軸方向とでそれぞれ逆方向に予負荷される。
【０００７】
前記手段全てに共通して、本来のシール部材は硬質のプラスチックＰＴＦＥから成っており且つシールギャップを減少させるために適当なばね部材によって負荷される。この場合、このばね部材は一般にエラストマ材料である。ＰＴＦＥから成るシール部材は良好な滑り特性を有しており、これにより、このシール部材は互いに滑り合う構成部材をシールするために本来は良好に適している。しかし、製作上の理由から常に開いたシールギャップが残り、このシールギャップを介して圧力オイルが溢流する恐れがある。当該シールギャップの大きさは旋回モータの運転温度にも関連している。即ち、当該シールギャップが温度の低下に伴って拡大する一方で、ケーシング部材に対するシール部材の圧着圧力は、温度の上昇に伴って増大する。シールギャップが拡大するにつれて漏れオイル流が増大し、圧着圧力が高くなるに従ってシール部材の摩耗が増大する。両方共望ましくはない。
【０００８】
つまり、前記の全ての滑りシール部材は要求される−４０℃〜１３０℃の温度範囲に関して不適切である。
【０００９】
従って本発明の課題は、旋回モータの吐出し室と吸込み室との間のシールギャップが温度とは無関係のシール装置を開発することである。
【００１０】
この課題は請求項１の特徴部に記載の構成によって解決される。有利な構成手段は従属請求項に記載されている。
【００１１】
新たなシール装置は、従来技術の前記欠点を取り除く。つまり、新たなシール装置はまず第１に、非常に良好なシール機能という点において優れている。このことは主に、異なる種類のシール部材の新たな組合せに起因する。即ち、新たなシール装置は、まさに旋回モータにおいて発生するような、シール部材に対して横方向に向けられた相対運動のためには、柔軟なシールは不適切であるという先入観に捕らわれていない。このことは、柔軟なシール部材の両側に設けられた剛性のシール部材によって得られ、これらの剛性のシール部材は、一方では柔軟なシール部材のための支持機能を引き受けると同時に、ケーシング部材を平滑にし、これにより、柔軟なシール部材は金属のケーシング部材の凹凸から保護され続ける。
【００１２】
この高いシール機能は、今や２つの外側の剛性のシール部材と内側の柔軟なシール部材とで以て、３つのシール部材がシール機能に関与しているということにも起因している。
【００１３】
しかし、特別な利点は、当該のシール装置がその高いシール機能を高い温度範囲にわたっても維持するという点にある。つまり、シール機能は概ね温度とは無関係である。このことが達成されるのは、剛性のシール部材が複数部材から構成されており且つそれぞれ柔軟なシール部材による予負荷と、補償ギャップ内を支配する液圧とによって、あらゆる体積収縮が補償されるように著しく負荷されているからである。この場合、前記収縮はあらゆる方向で、即ち、半径方向及び軸平行な方向のみならず、斜め方向でも補償される。これにより、一定の高いシール性が全周において、つまり、シール装置の角隅部においても保証されている。
【００１４】
柔軟なシール部材と剛性のシール部材が全て、十分に広幅の補償ギャップが得られ、これにより、室温で実施される組込み後も収縮補償のための十分なギャップが残るように設定されると特に有利である。これにより、シール機能は相応に低い温度でも維持され続ける。
【００１５】
得ようとする予負荷が、シールに関与する全ての構成部材の予測されるべき収縮よりも大きく選択され得るように、柔軟なシール部材が構成されていても有利である。このことも、低い温度での使用を可能にする。
【００１６】
更に、補償ギャップが圧力オイルを通す通路として形成されており且つ旋回モータの各圧力室と接続されていると有利である。これにより、剛性のシール部材は液圧によって負荷可能であり、この液圧の力は予負荷力を支持する。このことは、全温度範囲にわたってシール性を向上させる。
【００１７】
柔軟なシール部材と剛性のシール部材とが、接着又は加硫によって解離不能に互いに結合されていても有利である。これにより、シール装置全体が１構成部材となり、このことは旋回モータの組込み手間を著しく減少させる。
【００１８】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１９】
図１に示したラジアル旋回モータは、主として外側のステータ１と内側のロータ２とから成っている。ステータ１はケーシング３と、このケーシング３の両端面に配置されたカバー４とから構成されており、ケーシング３とカバー４とはねじ（図示せず）を介して互いに結合されている。両カバー４は各１つの軸受け孔を有している。ケーシング３の内部には円筒形のケーシング孔が位置しており、このケーシング孔は長手方向で、対向位置し且つ半径方向に向けられた２枚のステータブレードによって、対向位置する２つのスペースに分けられている。
【００２０】
これに対してロータ２は、両側にジャーナル６を備え且つこれらのジャーナル６の間に位置する円筒部分７を備えた出力軸５から成っている。円筒部分７の領域には、対向位置し且つ半径方向に向けられた２枚のロータブレード８が配置されている。ロータ２はステータ１のケーシング３に嵌め込まれており、これにより、ロータブレード８のヘッドとケーシング３の内壁との間、並びにステータブレードのヘッドと円筒部分７の周面との間にそれぞれ軸平行のシールギャップ９が形成されている。
【００２１】
これに対して、ロータブレード８の端面と、ステータブレードの端面と、両側の２つのカバー４の内面との間には、それぞれ半径方向のシールギャップ１０が形成される。従って、各ロータブレード８はそれぞれ、ケーシング３内の２つのスペースの内の一方を圧力室と流出室とに分割し、その結果、対向位置する２つの圧力室及び対向位置する２つの流出室が得られる。両圧力室及び両流出室は、内部通路１１；１２によって互いに接続されている一方で、両圧力室の内の一方は流入接続部１３と接続しており、両流出室の内の一方は流出接続部１４と接続している。
【００２２】
ジャーナル６から円筒部分７への移行領域内で滑りシールリング１５が軸方向で摺動可能に出力軸５に被せ嵌められているので、滑りシールリング１５は、その半径方向の滑り兼シール面を以て滑るようにカバー４の内面に接触し且つその軸方向のシール面を以て出力軸５の周面に接触する。前記両シール面を以て滑りシールリング１５は外部に対してシールする。
【００２３】
滑りシールリング１５の内側に位置する面と、ロータブレード８若しくはステータブレードとの間には半径方向の別のシールギャップ１６が設けられており、このシールギャップ１６は内部シール性を得るために、隣接する各圧力室と流出室とを互いに分離している。当該のシールギャップ１６は、滑りシールリング１５の形状に対応するように湾曲されて形成されている。
【００２４】
特に図２に示したように、各ロータブレード８と、同様に各ステータブレード（図示せず）もやはり、２つの平行な脚部１７を有しており、これらの脚部１７の間には、新たなシール装置１９のための組込み溝１８が形成されている。この組込み溝１８は真ん中に配置されており且つロータブレード８若しくはステータブレードの全高及び全長にわたって延びている。当該の組込み溝１８にはシール装置１９がプレス嵌めされている。このようにして、シール装置１９は各ロータブレード８及びステータブレードの周面及び端面に存在するシールギャップ８，１０，１６をシールし且つ旋回モータの吐出し室と吸込み室との間の内部シール性を得るために役立つ。
【００２５】
図３に示したシール装置１９は、例えばＮＢＲ，ＨＮＢＲ又はＦＰＭ等の、エラストマ製のシール部材２０を有している。このシール部材２０は、ロータブレード８若しくはステータブレードに設けられた組込み溝１８の長さ及び深さに合わされた長さと高さを有している。柔軟なシール部材２０の両面には、プラスチックから成る複数の剛性のシール部材２１，２２，２３，２４が載置されており且つ接着又は加硫によりサンドイッチ状に互いに結合されている。プラスチックとしては、有利にはＰＴＦＥが使用される。この場合、柔軟なシール部材２０の両面に設けられた剛性のシール部材２１，２２，２３，２４の長さ及び幅は、それぞれ当該の剛性のシール部材２１，２２，２３，２４の外側のシール面が柔軟なシール部材２０と合致しており且つ当該の剛性のシール部材２１，２２，２３，２４が半径方向の補償ギャップ２５と軸平行の補償ギャップ２６とによって互いに隔てられているように構成されている。柔軟なシール部材２０の両側の２つの補償ギャップ２５，２６はそれぞれ交差しており、しかも、これらの補償ギャップ２５，２６は、一方の側の補償ギャップ２５，２６が他方の側の補償ギャップ２５，２６と重ならないように配置されている。柔軟なシール部材２０及び載置された剛性のシール部材２１，２２，２３，２４の幅は、これらのシール部材がサンドイッチパッケージにおいてロータブレード８若しくはステータブレードの組込み溝１８の幅を所定のプレス寸法だけ上回るように設定されている。
【００２６】
半径方向の補償ギャップ２５及び軸平行の補償ギャップ２６の幅は、剛性のシール部材２１，２２，２３，２４の数及び大きさに準ずる。
【００２７】
当該のシール装置１９をロータブレード８及びステータブレードの組込み溝１８に組み込むためには、シール装置１９の側面を十分に圧縮し、これにより、柔軟なシール部材２０をあらゆる長手方向に伸張させる。この場合、この柔軟なシール部材２０に固着された剛性のシール部材２１，２２，２３，２４もあらゆる長手方向で外側に向かって移動する。この状態でシール装置１９はその最終位置へと、組込み溝１８にプレス嵌めされる。このようにして完成されたロータ２を旋回モータのケーシング３に組み込むと、ケーシング３によって前記の拡張された柔軟なシール部材２０に対して圧力が加えられ、その結果、この柔軟なシール部材２０は正面からも圧縮される。この場合、柔軟なシール部材２０は剛性のシール部材２１，２２，２３，２４全てをケーシング部材の関連する壁に圧着させる予負荷を形成する。同時に、半径方向の補償ギャップ２５及び軸平行の補償ギャップ２６は規定された間隔にまで減少する。この状態で柔軟なシール部材２０及び全ての剛性のシール部材２１，２２，２３，２４は、柔軟なシール部材２０の予負荷に基づいてケーシング部材に密着している。このようにして、関連する全てのシールギャップ９，１０，１６がシールされている。
【００２８】
旋回モータの運転中、各圧力室から圧力オイルが側方に向かって剛性のシール部材２１，２２，２３，２４の間延いては半径方向の補償ギャップ２５及び軸平行の補償ギャップ２６に流入する。オイルの圧力は、隣接する全ての剛性のシール部材２１，２２，２３，２４を負荷し且つこれらのシール部材を引き離す。つまり、当該の力は柔軟なシール部材２０から剛性のシール部材２１，２２，２３，２４に作用する予負荷力を支持する。ロータ２の運動中、柔軟なシール部材２０と剛性のシール部材２１，２２，２３，２４とはケーシング部材の内壁に沿って絶えず方向転換しながら滑動し延いては共通のシール機能を有している。この場合、剛性のシール部材２１，２２，２３，２４は更に、柔軟なシール部材２０のための支持機能を引き受けるので、柔軟なシール部材２０は保護される。剛性のシール部材２１，２２，２３，２４は、ケーシング部材の粗い表面に基づいて所望のようにそれぞれ同程度で摩耗されるので、これにより、ケーシング部材の内壁における製作技術的な凹凸に前記摩耗が加わって、ケーシング部材に平滑な表面が形成される。このことは製作に基づくシールギャップを減らし、柔軟なシール部材を早期破壊から保護する。
【００２９】
低い温度範囲で使用すると、シールに関与する全ての構成部材は、その材料特性及び寸法に関連してそれぞれ異なる度合いで収縮する。この場合、柔軟なシール部材２０の収縮が最大である。比較的大きく選択された予負荷、並びに圧力オイルから半径方向の補償ギャップ２５及び軸平行の補償ギャップ２６に向かって出発する力に基づいて、剛性のシール部材２１，２２，２３，２４は柔軟なシール部材２０の収縮方向とは逆方向で、更にケーシング部材の内壁に対して押圧される。全てのシール部材２０，２１，２２，２３，２４のこの運動中、半径方向の補償ギャップと軸平行の補償ギャップとが拡大する。つまり、低い作業温度でもシール機能は維持され続ける。
【００３０】
比較的高い温度において使用する場合は、シール機能に関与する全ての構成部材の伸張が生じる。この伸張プロセス中の様々な張力に基づいて、剛性のシール部材２１，２２，２３，２４に対する柔軟なシール部材２０の予負荷、並びに半径方向の補償ギャップ２５及び軸平行の補償ギャップ２６内の液圧を支持する力が発生する。これにより、シール性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】旋回モータの縦断面図である。
【図２】旋回モータのロータの斜視図である。
【図３】負荷されていない状態のシール装置の斜視図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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