(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の機械部材の円筒形状の内部面（１３）及び第２の機械部材の円筒形状の外部面（８）を密閉するための密閉要素（１）において、
前記密閉要素（１）が、
‐内輪（２）、
‐前記内輪（２）に対して同軸に配設され、前記内輪（２）の外周面（７）の一部に接続されている追加リング（１４）、
‐前記内輪（２）に対して同軸に配設された外輪（３）、及び
‐シールギャップ（２９）、を備えており、前記シールギャップ（２９）が、前記内輪（２）の前記外周面（７）、前記外輪（３）の内周面（１２）によって、並びに、前記追加リング（１４）の端面（１７）及び外周面（１８）によって、形成されること、及び、前記シールギャップ（２９）が、前記内輪（２）、前記外輪（３）及び前記追加リング（１４）の共通の軸（Ａ１）を通る軸方向断面で、メアンダー形状の輪郭を有していること、及び
前記シールギャップ（１９）の前記輪郭が、以下の複数の異形体部分を有していること、すなわち、
‐前記共通の軸（Ａ１）に対する第１の半径を備えた、前記シールギャップ（１９）の第１の端部部分としての入口部分（２０）、
‐前記共通の軸（Ａ１）に対する第２の半径を備えた、前記シールギャップ（１９）の第２の端部部分としての出口部分（３０）であって、前記第２の半径が前記第１の半径よりも小さい出口部分（３０）、及び、
−前記入口部分（２０）及び前記出口部分（３０）の間に形成されたメアンダー部分（２１）、
を有していること、
またその際、前記追加リング（１４）の前記外周面（１８）が、前記出口部分（３０）の境界面を形成すること、
を特徴とする、密閉要素（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の密閉要素（１）において、
前記境界面が前記出口部分（３０）の半径方向内側に存する境界面であること、
を特徴とする、密閉要素（１）。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の密閉要素（１）において、
前記内輪（２）及び／又は前記外輪（３）が、鋼材、又は、硬化処理された鋼材から、構成されていること、
を特徴とする、密閉要素（１）。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉要素において、
前記内輪（２）及び／又は前記外輪（３）の、一つ又は複数の部材表面が端面研削されていること、
を特徴とする密閉要素。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉要素において、
前記内輪（２）の端面（５、６）及び／又は前記外輪（３）の端面（１０、１１）が、端面研削されていること、
を特徴とする密閉要素。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉要素において、
前記シールギャップ（１９）の前記メアンダー部分（２１）が、前記入口部分（２０）から始まりまた前記出口部分（３０）で終わる、以下の部分部位を有していること、すなわち、
‐第１のラジアルギャップ（２２）、
‐前記入口部分（２０）よりも小さい半径を有する、第１のアキシャルギャップ（２３）、
‐第２のラジアルギャップ（２４）、
‐前記第１のアキシャルギャップ（２３）よりも小さい半径を有する、第２のアキシャルギャップ（２５）、
‐第３のラジアルギャップ（２６）、
‐組み合わせのアキシャル‐ラジアル‐ギャップ（２７）、
‐前記出口部分（３０）よりも小さい半径を有する第３のアキシャルギャップ（２８）、及び、
‐第４のラジアルギャップ（２９）、
を有していること、
を特徴とする密閉要素。
【請求項７】
請求項６に記載の密閉要素において、
前記第１のアキシャルギャップ（２３）及び前記第２のアキシャルギャップ（２５）がそれぞれ、前記入口部分（２０）よりも低いギャップ高さを有していること、
を特徴とする密閉要素。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の密閉要素において、
前記第３のラジアルギャップ（２６）が、オフセット部位を有すること、
を特徴とする密閉要素。
【請求項９】
請求項６から８のいずれか一項に記載の密閉要素において、
前記第４のラジアルギャップ（２９）の境界面が、前記追加リング（１４）の前記端面（１７）によって形成されること、
を特徴とする密閉要素。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の密閉要素において、
前記追加リング（１４）の前記内周面（１５）が、プレスばめを用いて、前記内輪（２）の前記外周面（７）と接続されていること、
を特徴とする密閉要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の機械部材の円筒形状の内部面及び第２の機械部材の円筒形状の外部面を密閉するための密閉要素（シーリング部材、シール部材）に関している。
【背景技術】
【０００２】
所謂ギャップシール又はラビリンスシールとして形成されている密閉要素は、以前より知られている。これらのギャップシール又はラビリンスシール内では、一般的なメアンダー形状で形成されたシーリングギャップを設けることによって、非接触の密閉（非接触シーリング）が行われている。しかしながら、このギャップ内へ、周辺媒体（特には液体）が浸入することは可能である。ギャップシール又はラビリンスシールは従って、通常、完全に密閉された状態ではなく、ある程度の周辺媒体の通過を可能にしている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、密閉特性が改善された密閉要素を提供することである。
【０００４】
この課題は、請求項１の特徴を有する密閉要素によって解決される。有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００５】
本発明に従う密閉要素は、第１の機械部材の円筒形状の内部面及び第２の機械部材の円筒形状の外部面を密閉するために、用いられる。本発明に従う密閉要素は、内輪（インナーレース）、内輪に対して同軸に配設された追加リング、内輪に対して同軸に配設された外輪（アウターレース）及び、シールギャップを有しており、当該シールギャップは、内輪の外周面、外輪の内周面によって、並びに、追加リングの外周面及び端面（端部側）によって、形成される。追加リングは、内輪の外周面の一部と接続されている。
【０００６】
追加リングが存在することによって、シールギャップは、アンダーカット部分を有する輪郭（プロフィール）を得る。それによってシールギャップは、格別に長い「密閉経路」を備えることが可能である。特に追加リングは、シールギャップ内へ侵入する周辺媒体用の、一種の「捕獲溝（ガター）」を形成する。この捕獲溝内には、密閉されるべき機械部材が静止状態にある際に、（通常は液体である）周辺媒体が収集され、また、その後引き続き、密閉されるべき部材の相対移動している際には、当該周辺媒体を遠心力によって（、例えば以下において更に詳細に説明される逆流によって）、排出することが出来る。従って、追加リングは、侵入する媒体にとっての更なる阻止部（阻害部）を形成し、また、この方法で密閉要素の密閉特性（密閉性能）を改善する。
【０００７】
追加リングの更なる利点は、この追加リングが、軸方向での外輪に対して相対的な内輪の相対移動を制限し、それによって密閉要素の分解を防ぐこと、である。言い換えれば、追加リングは、非分解的な（分解しない）密閉要素をもたらす。
【０００８】
有利な実施形態では、シールギャップの輪郭は、以下の３つの異形体部分を有している、すなわち、（ａ）共通の軸に対する第１の半径を備えた、シールギャップの第１の端部部分としての入口部分、（ｂ）共通の軸に対する第２の半径を備えた、シールギャップの第２の端部部分としての出口部分であって、第２の半径が第１の半径よりも小さいような出口部分、及び、（ｃ）入口部分及び出口部分の間に形成されたメアンダー部分、を有している。追加リングの外周面はこれに関し、出口部分の境界面を形成する、特には、出口部分の、半径方向内側に存する境界面を形成する。
【０００９】
言い換えれば、追加リングは出口部分側に取り付けられており、また、追加リングの外周面、及び、入口部分の方向にある追加リングの端面が、シールギャップの境界面を形成する。特に、追加リングの外周面は、シールギャップの出口部分の半径方向内側の境界面を形成し、また、入口部分の方向にある追加リングの端面は、シールギャップのメアンダー部分のラジアルギャップ（半径方向ギャップ）を形成する。
【００１０】
プレスばめ（圧入）部を形成することが、特には追加リングの内周面が内輪の外周面に押し付け固定されているプレスばめが、追加リングを内輪に接続するための有利な接続方法であることが分かった。
【００１１】
この有利な実施形態では、出口部分は、入口部分よりも小さい半径を有している。この様態では、入口側からシールギャップ内へ侵入する液体は、密閉されるべき機械部材の回転時に、遠心力に基づき、入口部分へと逆搬送される。すなわち、いわゆる逆流が生じる。これもまた、密閉要素の密閉特性を改善する。更に、追加リングによって形成される捕獲溝は、出口部分側に存在しており、そこまで侵入してきた周辺媒体を捉える役割を担う。
【００１２】
更なる有利な実施形態では、内輪及び／又は外輪は鋼材製であって、特には硬化処理された鋼材から構成されている。この様態では、内輪或いは外輪は、密閉要素が密閉機能に加えて追加的に更なる機械部材（特には玉軸受／転がり軸受）のための固定要素としての役割を担うことが出来る程に高い強度（丈夫さ）を有している。従って、密閉特性が直接玉軸受／転がり軸受に接続して位置決めされており、またこれを押し付ける（固定する）ような、組み立て状況を達成することが出来る。従って、固定のために通常使用されるスペーサースリーブを放棄することが出来る。これはまた、コンパクトな組み立て様態及び必要な部材の削減をもたらす。
【００１３】
構造の寸法精度に対して格別に高い基準が要求される場合には、格別に有利な実施形態において、内輪及び／又は外輪の一つ又は複数の部材表面、特に内輪及び／又は外輪の端面が、端面研削されていてもよい。特に、硬化処理された鋼リングとしての内輪或いは外輪の実施との組み合わせでは、この方法で、玉軸受／転がり軸受を取り付けるために特に良好な内輪或いは外輪がもたらされる。
【００１４】
内輪及び／又は外輪に加えて、追加リングもまた、鋼材から、特には硬化処理された鋼材から製造されていてもよい。
【００１５】
固定の可能性（選択肢）が放棄される場合、及び／又は、密閉要素の丈夫さ及び温度安定性に対する要求が僅かである場合は、追加リング、内輪、及び／又は、外輪に、鋼材に代えてアルミニウム材料（アルミニウム合金）を使用することも可能である。
【００１６】
別の有利な実施形態では、シールギャップのメアンダー部分は、入口側から始まりそして出口部分で終わる、以下の部分部位を有している、すなわち、（ａ）第１のラジアルギャップ（半径方向ギャップ）、（ｂ）入口部分よりも小さい半径を有する、第１のアキシャルギャップ（軸方向ギャップ）、（ｃ）第２のラジアルギャップ、（ｄ）第１のアキシャルギャップよりも小さい半径を有する、第２のアキシャルギャップ、（ｅ）第３のラジアルギャップ、（ｆ）組み合わせのアキシャル‐ラジアル‐ギャップ（アキシャル‐ラジアル‐コンビネーションギャップ）、（ｇ）出口部分よりも小さい半径を有する、第３のアキシャルギャップ、及び、（ｈ）第４のラジアルギャップ、を有している。
【００１７】
ラジアルギャップとしては、この場合、共通の軸に対して半径方向に延伸するギャップが理解される。対応的にアキシャルギャップとしては、共通の軸に対して軸方向に延伸するギャップが理解される。組み合わせのアキシャル‐ラジアル‐ギャップは従って、ラジアル成分及びアキシャル成分を有するギャップである。
【００１８】
特に有利な様態においては、第１のアキシャルギャップ及び第２のアキシャルギャップはそれぞれ、入口部分のギャップ高さよりも低いギャップ高さを有している。
【００１９】
メアンダー部分の上述の構成によって、格別に高い密閉効果を達成することが出来る。第１のラジアルギャップは例えば、周辺媒体の侵入を防ぐ役割を担う。第１のアキシャルギャップの相対的に僅かなギャップ高さは、可能な貫流体積を減少させ、また、この様態で浸入する周辺媒体の更なる流れを阻害する。第２のラジアルギャップは、浸入した媒体を逆搬送する役割を担う。第２のアキシャルギャップは、周辺媒体の貫流に対する流体クッションを発生させることが出来る。第３のラジアルギャップは、密閉されるべき機械部材が静止状態にある時に捕獲溝内に降りた周辺媒体の逆搬送及び流出の役割を担う。アキシャル‐ラジアル‐ギャップは、逆搬送の役割を担い、また、相対的に大きなギャップ高さに基づき毛細管力の発生を防ぐ。第４のラジアルギャップは、出口部分に合流し、また、アキシャル‐ラジアル‐ギャップと共に捕獲溝を形成する。
【００２０】
全てを合わせると、入口部分から始まり出口部分までの、メアンダー部分の上述の構成を通過する、周辺媒体の浸入或いは通過が阻害されるが、それは、非接触シールであるにもかかわらず、密閉されるべき機械部材が静止している場合でさえ、技術的に関連する範囲に、略完全な密閉性が達成され得るほどである。
【００２１】
格別に有利な実施形態では、第３のラジアルギャップはオフセット部位を有している。そのようなオフセット部位は密閉作用を更に改善する、なぜならそれは浸入してくる周辺媒体にとっての更なる障害であって、又、同時に逆搬送を可能にするからである。
【００２２】
本発明は、実施例を用いて図中でより詳細に説明される。同一又は同様に作用する部位には、図中において同一の符号が付されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】密閉要素の側面図を示す。
【図２】密閉要素の、共通の軸を通る軸断面を示す。
【図３】図２のＺで示された範囲の拡大断面図を、追加的に表された密閉されるべき機械部材の複数の面と共に示す。
【図４】第１の組み立て状態における図１から３の密閉要素を示す。
【図５】別の組み立て状態における図１から３の密閉要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１から３に図示されている密閉要素１は、回転対称に形成されており、また、本質的にリング形状の基本構造を有している。密閉要素１は、内輪１及びこれに対して同軸に配設された外輪３を有している。内輪２及び外輪３は、共通の軸Ａ１に対して同軸に配設されている。
【００２５】
内輪２は、基本的に軸方向に延伸する内周面（内側に存在する周面）４、第１の側面（端面）５、第２の側面（端面）６、並びに外周面（外側に存在する周面）７を有している。内周面４は、機械部材の円筒状の外部面８に接続している。第１の側面５及び第２の側面６は基本的に円周方向に延伸している。第１の側面５は、第２の側面６よりも狭い幅を有している。
【００２６】
外輪３は、本質的に軸方向に延伸する外周面９、第１の側面（端面）１０、第２の側面（端面）１１、並びに内周面１２を有している。外周面９は、別の機械部材の円筒状の内部面１３に接続している。第１の側面１０及び第２の側面１１は本質的に円周方向に延伸している。第１の側面１０は、第２の側面１１よりも広い幅を有している。
【００２７】
更に、密閉要素１は追加リング１４を有している。追加リング１４は、軸方向に延びる内周面１５、第１の側面（端面）１６、第２の側面（端面）１７、並びに、外周面１８を有している。内周面１５は、内輪２の外周面７の一部と、プレスばめで接続されている。第１の側面１６及び第２の側面１７は、本質的に半径方向へ延伸している。第２の側面１７は、本発明の意味においては、「追加リングの端面」に対応する。
【００２８】
片側で外輪３の内周面１２が、またその反対側で内輪２の外周面７並びに追加リング１４の外周面１８及び第２の側面１７が、それらの間に、シールギャップ１９を形成する。言い換えれば、外輪３の内周面及び内輪２の外周面７は、或いは、外輪３の内周面及び追加リング１４の外周面１８は、接触してはおらず、リング形状のギャップ、すなわちシールギャップ１９が残っている。
【００２９】
図２及び図３に図示されているシールギャップ１９の輪郭は、また従ってシールギャップ１９自体は、第２の側面６或いは１１の間の範囲に、端部部分を有している。この端部部分は、以下においては、入口部分２０と称される。この入口部分２０は、共通の軸Ａ１に対する間隔として、第１の半径の高さに間隔を有している。入口部分２０は、軸方向に延びるギャップ（すなわち、アキシャルギャップ）として形成されている。
【００３０】
入口部分２０には、メアンダー部分２１が接続している。このメアンダー部分２１は、一般にメアンダー形状（ジグザグ形状）として記載される輪郭を有している。このメアンダー輪郭は、アキシャルギャップ、ラジアルギャップ、アキシャル‐ラジアル‐ギャップを組み合わせて構成されている。より正確には、シールギャップ１９のメアンダー部分２１は、入口部分から始まる、以下の部分部位を有している、すなわち、（ａ）第１のラジアルギャップ２２、（ｂ）入口部分２０よりも小さい半径及び入口部分２０よりも低いギャップ高さを有する、第１のアキシャルギャップ２３、（ｃ）第２のラジアルギャップ２４、（ｄ）第１のアキシャルギャップ２３よりも小さい半径及び入口部分２０よりも低いギャップ高さを有する、第２のアキシャルギャップ２５、（ｅ）オフセット部位を有する第３のラジアルギャップ２６、（ｆ）組み合わせのアキシャル‐ラジアル‐ギャップ２７、（ｇ）出口部分３０よりも小さい半径を有する第３のアキシャルギャップ２８、及び、（ｈ）第４のラジアルギャップ２９、を有している。
【００３１】
第４のラジアルギャップ２９の境界面は、追加リング１４の第２の側面１７によって形成される。更に、アキシャル‐ラジアル‐ギャップ２７、第３のアキシャルギャップ２８及び第４のラジアルギャップ２９は、一種の捕獲溝を形成する。第４のラジアルギャップ２９は、更にアンダーカットとして形成されている。
【００３２】
メアンダー部分２１には、シールギャップ１９の出口部分３０が接続している。出口部分３０は、第１の側面１０或いは１６の範囲のシールギャップ１９の端部部位である。出口部分３０は、軸方向に延伸する部分（アキシャルギャップ）として形成されている。出口部分３０は、共通の軸Ａ１に対する間隔として、第２の半径の高さに間隔を有している。第２の半径は、入口部分２０の第１の半径よりも小さい。出口部分３０の、半径方向内側に存在する境界面は、追加リング１９の外周面によって形成される。
【００３３】
図中に示されている密閉要素１は、鋼材から製造されている。内輪２及び外輪３は硬化処理された。更に、内輪２の端面５、６、及び、外輪３の端面１０、１１は、端面研削された。
【００３４】
図４及び図５は、密閉要素１の異なる組み立て状態を示している、すなわち、組み立て及び別々の機械部材の相互の関連を示している。
【００３５】
図４及び図５は、それぞれシャフト（回転軸）３１、ハウジング部分３２、玉軸受３３、及び、密閉要素１を図示している。密閉要素１は、上述のように、内輪２、外輪３及び追加リング１４から構成されている。ハウジング部分３２は本発明の意味での「第１の機械部材」であって、また、シャフト３１は本発明の意味での「第２の機械部材」である。シーリング１は従って、ハウジング部分３２の円筒状の内面及びシャフト２１の円筒状の外面の密閉に寄与する。シャフト３１及びハウジング部分３２の間には、更に玉軸受３３が取り付けられている。玉軸受３３は図４では、スピンドル軸受として形成されている。図５では、玉軸受３３は溝玉軸受として形成されている。
【００３６】
図４に示されている組み立て状態（スピンドル軸受）では、密閉要素１は、軸方向で玉軸受３３に直接隣接して取り付けられている。シャフトナット３４を用いて、密閉要素１は玉軸受３３に対して押し付けられる。この方法で、密閉要素１を介しての玉軸受３３の予負荷（固定）が行われる。より正確には、玉軸受３３は、硬化処理及び端面研削された内輪を介して、固定される。そうでない場合に一般的なスペーサースリーブは、必要ない。
【００３７】
図５に示されている組み立て状態（「溝玉軸受」）では、密閉要素１は、玉軸受３３に直接接続して取り付けられてはいない、すなわち、密閉要素１は、軸方向で見て、玉軸受３３に対して間隔をおいて取り付けられている。従って、この組み立て状態では、密閉要素１を介しての玉軸受３３の固定は行われない。この組み立て状態においては従って、場合によっては平面研削された外輪或いは内輪を使用することを省略することが出来る。また、その種の組み立て状態において、アルミニウム合金から構成された密閉要素１を使用することも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  密閉要素
２  内輪（インナーレース）
３  外輪（アウターレース）
４  内周面
５  第１側面、第１端面
６  第２側面、第２端面
７  外周面
８  円筒形状の外部面
９  外周面
１０  第１側面、第１端面
１１  第２側面、第２端面
１２  内周面
１３  円筒形状の内部面
１４  追加リング
１５  内周面
１６  第１の側面、第１の端面
１７  第２の側面、第２の端面
１８  外周面
１９  シールギャップ
２０  入口部分
２１  メアンダー部分
２２  第１のラジアルギャップ
２３  第１のアキシャルギャップ
２４  第２のラジアルギャップ
２５  第２のアキシャルギャップ
２６  第３のラジアルギャップ
２７  アキシャル‐ラジアル‐ギャップ
２８  第３のアキシャルギャップ
２９  第４のラジアルギャップ
３０  出口部分
３１  シャフト（回転軸）
３２  ハウジング部分
３３  玉軸受
３４  シャフトナット
Ａ１  共通の軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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