(57)【要約】【課題】低温における使用特性を改善させるカセット形シールを提供する。【解決手段】カセット形シール１は、回転式の機械要素４に支持される内部リング２と、密封されるべき筐体９に支持されるエラストマー材製の密閉本体１１を備える外部リング７とを備える。シール本体１１から複数のシールリップが形成され、複数のシールリップにおいて、半径方向の予荷重を受けて第１のシールリップ１２が内部リング２の円筒形の部分３の外周に液密に当接しており、第２のシールリップ１３が半径方向の外部リング７のフランジ１０から軸方向に突出していると共に内部リング２の被覆部６の側部の方向に延在し、この側部は円筒形の部分３に面している。第３のシールリップ１４が半径方向のフランジ１０を超えて軸方向に突出し、外周上における少なくとも一部分において被覆部６を超えて突出している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械要素（４）に支持される円筒形の部分（３）と、前記円筒形の部分（３）から半径方向に突出するカバー部（５）と、前記カバー部（５）から軸方向に突出する被覆部（６）とを備え、該被覆部（６）は前記円筒形の部分（３）から半径方向に離間されている内部リング（２）と、密封されるべき筐体（９）に支持される軸方向のフランジ（８）と、前記内部リング（２）の方向に突出する半径方向のフランジ（１０）と、前記軸方向のフランジ（８）に伴われるエラストマー材製のシール本体（１１）とを備える外部リング（７）とを備え、前記シール本体（１１）から複数のシールリップが形成されており、前記複数のシールリップにおいて、半径方向の予荷重を受けて第１のシールリップ（１２）が前記円筒形の部分（３）の外周に液密に当接しており、第２のシールリップ（１３）が前記半径方向のフランジ（１０）から軸方向に突出していると共に前記被覆部（６）の側部の方向に延在し、該側部は前記円筒形の部分（３）に面しているカセット形シール（１）であって、第３のシールリップ（１４）が、前記半径方向のフランジ（１０）を超えて軸方向に突出し、外周上における少なくとも一部分において前記被覆部（６）を超えて突出していることを特徴とする、カセット形シール。
【請求項２】
前記第２のシールリップ（１３）と前記被覆部（６）と前記第３のシールリップ（１４）との間にラビリンス構造が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のカセット形シール。
【請求項３】
前記第１のシールリップ（１２）は、該第１のシールリップ（１２）の自由端において、前記被覆部（６）の方向で半径方向に突出する突起（１５）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のカセット形シール。
【請求項４】
前記第１のシールリップ（１２）は、外周上において前記半径方向のフランジ（１０）と前記突起（１５）との間に円周方向に環状のへこみ（１６）が生じるように形成されていることを特徴とする、請求項３に記載のカセット形シール。
【請求項５】
前記内部リング（２）から半径方向に外向きに突出する突起（１７）が形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のカセット形シール。
【請求項６】
前記突起（１７）は、円周方向に環状の溝（１８）を伴うことを特徴とする、請求項５に記載のカセット形シール。
【請求項７】
前記シール本体（１１）から前記突起（１７）の方向に突出する第４のシールリップ（１９）が形成されていることを特徴とする請求項５または６記載のカセット形シール。
【請求項８】
外周上において前記外部リング（７）の前記軸方向のフランジ（８）の自由端に円周方向に環状の突起（２０）が配設されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のカセット形シール。
【請求項９】
前記第１のシールリップ（１２）と前記第４のシールリップ（１９）との間に凸状の部分（２１）が形成されていることを特徴とする、請求項７または８に記載のカセット形シール。
【請求項１０】
前記第１のシールリップ（１２）、前記第４のシールリップ（１９）、および前記内部リング（２）によって画定される空間が潤滑剤を有することを特徴とする、請求項９に記載のカセット形シール。
【請求項１１】
前記第２のシールリップ（１３）、前記被覆部（６）、および前記第３のシールリップ（１４）によって画定される空間が潤滑剤を有することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のカセット形シール。
【請求項１２】
前記被覆部（６）の自由端は円筒の表面（２２）への移行部を形成していることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のカセット形シール。
【請求項１３】
前記内部リング（２）および前記外部リング（７）は金属材料から作製されていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のカセット形シール。
【請求項１４】
前記内部リング（２）および前記外部リング（７）は少なくとも一部の部分においてコーティングされていることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載のカセット形シール。
【請求項１５】
前記第２のシールリップ（１３）は、円周方向に環状の第２のへこみ（２４）が形成されるように他の突起（２３）を有していることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載のカセット形シール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カセット形シールに関し、回転機械要素に支持される円筒形の部分と、この円筒形の部分から半径方向に突出するカバー部と、この円筒形の部分から半径方向に離間される上記カバー部から軸方向に突出する被覆部とを備える内部リングと、密封されるべき筐体に支持される軸方向のフランジと、内部リングの方向に突出する半径方向のフランジと、この軸方向のフランジに伴われるエラストマー材製のシール本体とを備える外部リングとを備え、このシール本体から複数のシールリップが形成されており、この複数のシールリップにおいて半径方向の予荷重を受けて第１のシールリップが上記円筒形の部分の外周に液密に当接しており、第２のシールリップが上記半径方向のフランジから軸方向に突出していると共に上記被覆部の側部の方向に延在し、この側部は上記円筒形の部分に面しているカセット形シールに関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなカセット形シールは欧州特許出願公開第０８１４２８８号明細書から既に知られている。カセット形シールの利点は、摺動面がシールリップに当接されており、この摺動面がシールの一部であるため、両方の構成要素が完全に互いに合致するようにできる点である。さらにシールリップは、取り付け前に既に正確な位置で内部リングの摺動面に対して当接されているため、カセット形シールを回転機械要素に取り付ける際に生じるシールリップの損傷をなくすことができる。カセット形シールは、内部リングがシール本体を少なくとも部分的に外側において覆うことで、シール本体を過度な汚損から保護するという点でさらなる利点を有している。このため、カセット形シールは、高い負荷に曝される装置において利用されることが多い。例として、農業機械、建築設備または鉄道車両が挙げられる。全てのこのような機械類および設備は、極めて大幅な温度の変動を受けやすく、また、水などの好ましくない媒体の浸入を受けやすい。内部リングの半径方向に突出する部分がシールリップを超えるという構成により、シールリップを内部に封入することが可能になり、よって外から進入する影響に対して保護することができる。
【０００３】
しかしながら、低温状態におけるカセット形シールの使用に対しては改良すべき点がある。これは特に、カセット形シールが並行して水の作用を受けるときに当てはまる。この場合において、内部リングと外部リングとの間の隙間に水が浸入することは望ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第０８１４２８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上述したカセット形シールをさらに開発することで低温における使用特性を改善させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、請求項１の特徴によって達成される。有利な実施の形態は従属請求項に記載される。
【０００７】
上記目的を達成するために、第３のシールリップが、外部リングの半径方向のフランジから軸方向に突出し、外周上における少なくとも一部分において内部リングの被覆部を超えて突出する。これにより第３のシールリップと内部リングの被覆部との間にさらなる隙間が生じることになり、この隙間が水および／または塵埃等の異物が第１のシールリップの範囲まで浸入することを抑制する。その結果、特に低温状態において早期の損傷を回避することができる。
【０００８】
第２のシールリップと、被覆部と、第３のシールリップとの間は、ラビリンス構造となり得る。ラビリンス構造は、第２のシールリップ、第３のシールリップ、および被覆部の対向する軸方向の延長部により形成され得る。被覆部は、第２のシールリップと第３のシールリップとの間の空間へと突出する。これにより第２のシールリップと被覆部との間、ならびに第３のシールリップと被覆部との間に狭い隙間が形成され、これにより障害物を設けることなしに水が内部リングと外部リングとの間の空間に浸入することを抑制する。
【０００９】
第１のシールリップは、その自由端部において被覆部の方向で半径方向に突出する突起を備えていてもよい。好ましくは、この構成において、第１のシールリップは、外周上において上記半径方向のフランジと上記突起との間に円周方向に環状のへこみが生じるように形成される。この円周方向に環状のへこみは凸形状であり、第２のシールリップの半径方向下方に配設される。この構成において、第２のシールリップは、好ましくは、その延出方向の変化がへこみの領域において形成されるように設計される。塵埃等の異物または水が第２のシールリップと、第３のシールリップと、被覆部との間の隙間に浸入した場合、塵埃等の異物または水は、第２のシールリップに沿って滑るように進み、その後最終的に第１のシールリップの上記円周方向に環状のへこみへと落下する。これにより、塵埃等の異物または水が、内部リングに当接する第１のシールリップの領域に到達することを抑制することができる。
【００１０】
上記内部リングは、半径方向外向きに突出する突起を備えていてもよい。好ましくは、上記突起は、少なくとも一部の部分においてシール本体を包囲している。その結果、外部リングが、上記カバー部と突起との間に安全に配置される。取り付けが簡素化され、内部リングと外部リングとの意図しない解離を回避することができる。
【００１１】
上記突起は、円周方向に環状の溝を備えていてもよい。その結果、この領域に円周方向に環状のへこみが存在し、このへこみの中に密封すべき媒体を集めることができる。内部リングとシール本体との間の領域に潤滑剤を保持する貯蔵槽が形成される。
【００１２】
シール本体から、上記突起の方向に突出する第４のシールリップを形成してもよい。この構成において、第４のシールリップは、第４のシールリップが常に潤滑剤の中に浸されるように、上記突起および溝の方向に突出させてもよく、これにより、潤滑剤がシール本体と内部リングとの間に存在することが保証され、その結果、性能特性が改善される。
【００１３】
外周上において外部リングの上記軸方向のフランジの自由端に、円周方向に環状の突起を配設してもよい。この構成において、突起は、好ましくは、対応して形成された筐体の溝にこの突起が係合するように設計される。その結果、カセット形シールは、特に筐体内に強固に取り付けられ、外部リングと筐体との間の隙間は、塵埃等の異物や水の浸入に対してさらに保護される。
【００１４】
第１のシールリップと第４のシールリップとの間に凸状の部分があってもよい。機械的な点において、この態様は、上記凸状の部分が第１のシールリップの優れた可動性をもたらし、第１のシールリップが常に半径方向の予荷重によって内部リングにも当接するようにできることから有利である。第１のシールリップ、第４のシールリップ、および内部リングによって画定される空間は、その中に潤滑剤を有することができる点においてさらに有利である。使用される潤滑剤は、好ましくは、低温用途用に選択された潤滑剤である。大きな圧力が加わる転がり軸受および滑り軸受用の潤滑剤が特に考えられ得る。潤滑剤は、第１のシールリップと内部リングとの低摩擦接触を保証し、水および塵埃等の異物の浸入を抑制する。
【００１５】
第２のシールリップ、被覆部、および第３のシールリップによって画成される空間もまた、その中に潤滑剤を有していてもよい。ここで同様に、好ましくは、大きな圧力が加わる転がり軸受および滑り軸受用の上述の潤滑剤が使用される。この領域においても、潤滑剤は水および塵埃等の異物の浸入を抑制する。
【００１６】
被覆部の自由端は、円筒の表面への移行部を形成してもよい。これにより、第３のシールリップと内部リングとの間に特に狭い隙間が生じる。これは、特に、上記自由端が機械仕上げされている場合である。さらに、軸方向に延在する隙間は、水および塵埃等の異物に対する全体の優れた密封性が達成されるように、比較的長い。
【００１７】
内部リングおよび外部リングは、好ましくは、金属材料から作製される。このような用途において、好ましくは、優れた成形性を有する強靱なスチール材料が使用される。
【００１８】
内部リングおよび外部リングは、少なくとも一部の部分においてコーティングされてよい。この構成において、コーティングは、好ましくは、周囲に面する表面に適用される。コーティングはラッカーであってよく、これは耐食特性を有する。その結果、カセット形シールは、塩水などの攻撃的な媒体の暴露に対しても影響を受けにくくなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るカセット形シールによれば、低温における使用特性を改善させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係るカセット形シールの断面を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係るカセット形シールの１つの例示の実施の形態を図面を参照して以下に説明する。図は、本発明の実施の形態に係るカセット形シールの断面を概略的に示している。
【００２２】
図は、鉄道車両の軸受構成に用いられるカセット形シール１を示している。軸受は、転がり軸受の構成を備えており、この軸受は外部の攻撃的な媒体の影響に対してカセット形シールによって保護されている。本実施の形態において、カセット形シール１は、特に、低温状態において鉄道車両への利用に適するように設計されている。
【００２３】
カセット形シール１は、内部リング２を備え、内部リング２は、回転機械要素４に支持されている円筒形の部分３と、円筒形の部分３から半径方向に突出するカバー部５と、カバー部５から軸方向に突出する被覆部６とを備える。回転機械要素４は、例えば鉄道車両の車軸の構成要素である。被覆部６は、円筒形の部分３から半径方向に離間されている。
【００２４】
カセット形シール１はさらに、密閉すべき筐体９に支持されている軸方向のフランジ８と、内部リング２の方向に突出する半径方向のフランジ１０と、半径方向のフランジ１０に伴われるエラストマー材製のシール本体１１とを備えた外部リング７を備える。
【００２５】
シール本体１１は、好ましくは、射出成型可能なエラストマー材で作製される。必要とされる低温状態での使用を考慮すると、ブタジエンゴム、例えばニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）の使用が好ましい。本発明に係るカセット形シールの進歩的な形状により、優れた密封性能が達成される。
【００２６】
シール本体１１は、複数のシールリップを備えており、複数のシールリップにおいて、半径方向の予荷重を受けた第１のシールリップ１２は、円筒形の部分３の外周に液密に当接している。第２のシールリップ１３は、半径方向のフランジ１０から軸方向に突出していると共に、被覆部６の側部の方向に延在している。この被覆部６の側部は、円筒形の部分３に面している。第３のシールリップ１４は、半径方向のフランジ１０から軸方向に突出していると共に、外周上において部分的に被覆部６を超えて突出している。
【００２７】
第２のシールリップ１３、被覆部６、および第３のシールリップ１４が、半径方向において、互いに対応する一方の上方に配設されているため、ラビリンス構造が形成されている。この構成において、第２のシールリップ１３と被覆部６とは、また、第３のシールリップ１４と被覆部６とは、いずれも接触していない。被覆部６の自由端は、軸方向に延在する円筒の表面２２への移行部を形成している。第３のシールリップ１４と円筒の表面２２との間の隙間は、外部の方向に拡張することができる。これにより内部リング２の回転中にポンプ作用が生じ、これが外部の方向に水を搬送する。
【００２８】
第１のシールリップ１２は、その自由端に、被覆部６の方向に半径方向に突出する突起１５を備えている。これにより円周方向に環状の外向きに突出するビードが形成されている。全体として、第１のシールリップ１２は、外周において半径方向のフランジ１０と突起１５との間に円周方向に環状のへこみ１６が生じるように形成されている。へこみ１６は、凸形状であり、密封機能に関係しないカセット形シール１の領域に水や塵埃等の異物が堆積することを可能にする。
【００２９】
第１のシールリップ１２と同様に、第２のシールリップ１３は、円周方向に環状の第２のへこみ２４が形成されるように他の突起２３を有する。第３のシールリップ１４と円筒の表面２２との間の隙間を通過する全ての塵埃等の異物または水は、本シールが軸方向に対称的な幾何学形状を有するため、塵埃等の異物や水が第３のシールリップ１４と円筒の表面２２との間の隙間を再び通ってシールの外に押し出されるように第２のへこみ２４の中に集められる。
【００３０】
内部リング２および外部リング７は、金属材料から作製されている。本実施の形態において、内部リング２および外部リング７は、強靱なスチール材料を備える。内部リング２および外部リング７の表面は周囲および筐体９に面しており、耐食コーティングを備える。本実施の形態では、ラッカーが適用されている。
【００３１】
内部リング２から、半径方向外向きに突出する突起１７が形成されており、この突起１７は、回転機械要素４の方向に向く円周方向に環状の溝１８を伴っている。
【００３２】
シール本体１１から、第４のシールリップ１９が形成され、第４のシールリップ１９は突起１７の方向に突出している。
【００３３】
円周方向に環状の突起２０が、外周において外部リング７の軸方向のフランジ８の自由端に配設されている。突起２０は台形の形状であるため、外部リング７の簡単な取り付けが保証されている。完全に取り付けられた後、突起２０は、筐体９の円周方向に環状の溝の中に突出し、これにより外部リング７と筐体９との間に押し込み式の嵌合（positive fit)が生じ、安定して接続されることになる。
【００３４】
第１のシールリップ１２と第４のシールリップ１９との間に凸状の部分２１が形成され、ここにおいて、第１のシールリップ１２、第４のシールリップ１９、および内部リング２によって画成される空間がその中に潤滑剤を有する。同様に、第２のシールリップ１３、被覆部６、および第３のシールリップ１４によって画成される空間も潤滑剤を有する。これら両方の場合において、潤滑剤は、低温状態での使用に適しており、大きな圧力が加わる転がり軸受および滑り軸受用の潤滑剤を含む群から選択されている。
【符号の説明】
【００３５】
１  カセット形シール
２  内部リング
３  円筒形の部分
４  回転機械要素
５  カバー部
６  被覆部
７  外部リング
８  軸方向のフランジ
９  筐体
１０  半径方向のフランジ
１１  シール本体
１２  第１のシールリップ
１３  第２のシールリップ
１４  第３のシールリップ
１５  突起
１６  へこみ
１７  突起
１８  溝
１９  第４のシールリップ
２０  突起
２１  凸状の部分
２２  円筒の表面
２３  突起
２４  第２のへこみ
【図１】
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