(57)【要約】  長期に亘る使用であっても媒体空間の間で非常に低いリーク値にて確実な密封を保証する、第１媒体で充たされた第１媒体空間（１２８）と、第２媒体で充たされた第２媒体空間（１３０）との間で密封するためのシール装置であって、前記シール装置が、可動部品（１１０）であって、その長手方向（１０８）に変位可能および／又はその長手方向（１０８）を中心に回転可能であって且つシール装置（１００）を貫通する可動部品（１１０）を含み、シール装置（１００）が、第１媒体空間（１２８）に関して密封している第１密封領域（１１４）と、第２媒体空間（１３０）に関して密封している第２密封領域（１１６）とを有する密封要素（１１２）を含み、第１密封領域（１１４）が可動部品（１１０）に当接する第１動的密封区域（１１８）を含み、第２密封領域（１１６）が可動部品（１１０）に当接する第２動的密封区域（１２２）を含み、２つの動的密封区域（１１８、１２２）のうちの少なくとも１つが少なくとも２つの密封リップ（１２０）を有するシール装置を提供するため、２つの密封領域（１１４、１１６）の各々が、密封領域（１１４、１１６）それぞれの動的密封区域（１１８、１２２）を可動部品（１１０）に対して付勢する、少なくとも１つのそれぞれのばね要素（１２６、１２４）を含むことが提案される。
2010510457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１媒体で充たされた第１媒体空間（１２８）と、第２媒体で充たされた第２媒体空間（１３０）との間で密封するためのシール装置であって、
可動部品（１１０）であって、その長手方向（１０８）に変位可能および／又はその長手方向（１０８）を中心に回転可能である前記可動部品（１１０）が、該シール装置（１００）を貫通し、
該シール装置（１００）が、前記第１媒体空間（１２８）に関して密封している第１密封領域（１１４）と、前記第２媒体空間（１３０）に関して密封している第２密封領域（１１６）とを有する密封要素（１１２）を含み、
前記第１密封領域（１１４）が、前記可動部品（１１０）に当接する第１動的密封区域（１１８）を含み、かつ、前記第２密封領域（１１６）が、前記可動部品（１１０）に当接する第２動的密封区域（１２２）を含み、かつ、前記２つの動的密封区域（１１８、１２２）のうちの少なくとも１つが、少なくとも２つの密封リップ（１２０）を有する、
シール装置において、
前記２つの密封領域（１１４、１１６）の各々が、前記密封領域（１１４、１１６）それぞれの前記動的密封区域（１１８、１２２）を前記可動部品（１１０）に対して付勢する、少なくとも１つのそれぞれのばね要素（１２６、１７４）を含むこと、
を特徴とするシール装置。
【請求項２】
請求項１に記載のシール装置であって、双方の動的密封区域（１１８、１２２）が、各々、少なくとも２つの密封リップ（１２０）を有することを特徴とするシール装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のシール装置であって、前記動的密封区域（１１８、１２２）のうちの少なくとも１つが、少なくとも３つの密封リップ（１２０）を有することを特徴とするシール装置。
【請求項４】
請求項３に記載のシール装置であって、双方の動的密封区域（１１８、１２２）が、各々、少なくとも３つの密封リップ（１２０）を有することを特徴とするシール装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）が、前記可動部品（１１０）の長手方向（１０８）に対して垂直に走る前記密封要素（１１２）の中央横断面（１８２）に関し、略鏡面対称となるように形成されることを特徴とするシール装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）が、前記第１動的密封区域（１１８）と前記第２動的密封区域（１２２）との間に配置された、前記シール装置（１００）の取付状態において前記可動部品（１１０）に当接する中央ウェブ（１７６）を含むことを特徴とするシール装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のシール装置であって、前記第１密封領域（１１４）が、前記第１動的密封区域（１１８）の半径方向外側に配置された第１静的密封区域（１５８）を含むことを特徴とするシール装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のシール装置であって、前記第２密封領域（１１６）が、前記第２動的密封区域（１２２）の半径方向外側に配置された第２静的密封区域（１６８）を含むことを特徴とするシール装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載のシール装置であって、前記シール装置（１００）が、前記密封要素（１１２）の少なくとも１つの静的密封区域（１５８、１６８）が当接するシール担体（１３２）を含むことを特徴とするシール装置。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１項に記載のシール装置であって、少なくとも１つの静的密封区域（１５８、１６８）が、同じ密封領域（１１４、１１６）に属する動的密封区域（１１８、１２２）を越えて、軸方向に突出していることを特徴とするシール装置。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１項に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）の少なくとも１つの静的密封区域（１５８、１６８）が、シール担体（１３２）上または前記シール装置（１００）の別の部品上で、軸方向に支持されていることを特徴とするシール装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）がフッ素重合体材料を含むことを特徴とするシール装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）がポリテトラフルオロエチレン又は変性ポリテトラフルオロエチレンを含むことを特徴とするシール装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）がポリテトラフルオロエチレン化合物又は変性ポリテトラフルオロエチレン化合物から形成されることを特徴とするシール装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）の前記少なくとも１つの動的密封区域（１１８、１２２）が、前記動的密封区域（１１８、１２２）の隣り合う２つの密封リップ（１２０）間に形成された、少なくとも１つのリーク貯蔵空間（１８０）を有することを特徴とするシール装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシール装置であって、前記少なくとも１つのリーク貯蔵空間（１８０）が環状であることを特徴とするシール装置。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）の少なくとも１つの動的密封区域（１１８、１２２）が、複数のリーク貯蔵空間（１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ）を有することを特徴とするシール装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシール装置であって、前記動的密封区域（１１８、１２２）の前記リーク貯蔵空間（１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ）が略均一に大きいことを特徴とするシール装置。
【請求項１９】
請求項１７に記載のシール装置であって、前記動的密封区域（１１８、１２２）の前記リーク貯蔵空間（１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ）が異なる大きさを有することを特徴とするシール装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）の製造段階において、前記リーク貯蔵空間（１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ）を画する前記密封リップ（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）が異なる内径（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）を有することを特徴とするシール装置。
【請求項２１】
請求項１９又は２０に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）の媒体空間端部（１９０）からの距離が増加するに伴い、前記リーク貯蔵空間（１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ）の大きさが減少することを特徴とするシール装置。
【請求項２２】
請求項１９〜２１のいずれか１項に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）の製造段階において、前記密封要素（１１２）の媒体空間端部（１９０）からの距離が増加するに伴い、前記リーク貯蔵空間（１８０ａ、１８０ｂ、１８０ｃ）を画する前記密封リップ（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）の内径（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）が増加することを特徴とするシール装置。
【請求項２３】
請求項１５〜２２のいずれか１項に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）の少なくとも１つの密封リップ（１２０）が、前記可動部品（１１０）の長手方向（１０８）に対して垂直に走る平面（１８６）に関して異なる角度（α、β）で傾斜する、２つの境界面（１８４、１８８）を有することを特徴とするシール装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）の近接側の前記媒体空間端部（１９０）の方に向けられた境界面（１８４）が、前記可動部品（１１０）の長手方向（１０８）に対して垂直に走る平面（１８６）に関し、前記密封要素（１１２）の前記近接側媒体空間端部（１９０）から離れる方に向けられた境界面（１８８）よりも小さい角度（α）で傾斜されることを特徴とするシール装置。
【請求項２５】
請求項１〜２４のいずれか１項に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）の少なくとも１つの動的密封区域（１１８、１２２）が、前記シール装置（１００）の取付状態において、前記可動部品（１１０）の長手方向（１０８）と略平行に配列された支持面（１９４）によって前記可動部品（１１０）上で支持される、平坦にされた少なくとも１つの密封リップ（１２０）を有することを特徴とするシール装置。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれか１項に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）の少なくとも１つの動的密封区域（１１８、１２２）が、前記密封リップ（１２０）に加えて剥取りリップ（１９６）を有することを特徴とするシール装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシール装置であって、前記剥取りリップ（１９６）が、前記密封要素（１１２）の同じ密封領域（１１４、１１６）の静的密封区域（１５８、１６８）を越えて突出していることを特徴とするシール装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）の双方の動的密封区域（１１８、１２２）が、各々、前記密封リップ（１２０）に加えて剥取りリップ（１９６）を含むことを特徴とするシール装置。
【請求項２９】
請求項２６〜２８のいずれか１項に記載のシール装置であって、前記密封要素（１１２）の少なくとも１つの剥取りリップ（１９６）が、記憶型剥取りリップ（１９８）の形態であることを特徴とするシール装置。
【請求項３０】
請求項１〜２９のいずれか１項に記載のシール装置であって、該シール装置（１００）の作動中、前記第１媒体空間（１２８）と前記第２媒体空間（１３０）との間の平均圧力差が、少なくとも約５バール、好ましくは少なくとも約１０バールに達することを特徴とするシール装置。
【請求項３１】
請求項１〜３０のいずれか１項に記載の少なくとも１つのシール装置（１００）を含む高圧ポンプ。
【請求項３２】
燃焼機関に燃料を噴射するための請求項３１に記載の高圧ポンプの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は次のようなシール装置に関する。即ち、第１媒体で充たされた第１媒体空間と、第２媒体で充たされた第２媒体空間との間で密封するためのシール装置であって、可動部品であって、その長手方向に変位可能および／又はその長手方向を中心に回転可能である前記可動部品が、該シール装置を貫通し、該シール装置が、前記第１媒体空間に関して密封している第１密封領域と、前記第２媒体空間に関して密封している第２密封領域とを有する密封要素を含み、前記第１密封領域が、前記可動部品に当接する第１動的密封区域を含み、かつ、前記第２密封領域が、前記可動部品に当接する第２動的密封区域を含み、かつ、前記２つの動的密封区域（１１８、１２２）のうちの少なくとも１つが、少なくとも２つの密封リップ（１２０）を有するシール装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなシール装置が、技術の現状から公知である。
【０００３】
特に、オットー機関のシリンダにガソリンを直接噴射するのに使用される高圧ポンプのピストンを密封する目的で、シール装置を使用することが公知であり、前記シール装置の密封要素は、システムのガソリン側に関して密封するための２つの密封リップを備えた第１動的密封区域と、システムのエンジンオイル側に関して密封するための記憶型密封リップを備えた第２動的密封区域とを含む。
【０００４】
これによって、２つの密封リップを有する第１動的密封区域をピストンのピストン支承面に対して付勢するばね要素が設けられている。対照的に、記憶型密封リップを有する第２動的密封区域は、ばね負荷されていない。
【０００５】
ところが、このような公知のシール装置は、特に第１媒体空間と第２媒体空間との間の圧力の差が大きい場合、高いリーク値を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】EP 0 041 687 A1
【特許文献２】EP 0 931 798 A1
【特許文献３】US 6,013,700
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、前記媒体空間の間で確実な密封を保証すると同時に、比較的長い使用期間に亘って非常に低いリーク値を示す、上述した種類のシール装置を生成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、この目的は、請求項１の前文に示す特徴を含むシール装置において、前記２つの密封領域の各々が、前記密封領域それぞれの前記動的密封区域を前記可動部品に対して付勢する、少なくとも１つのそれぞれのばね要素を含むという点で達成される。
【０００９】
前記密封要素の双方の動的密封区域の前記密封リップが前記可動部品の密封表面に対して付勢されることから、前記第１媒体端部と前記第２媒体端部の双方でリークの量はごく僅かとなり、前記第１媒体空間と前記第２媒体空間との間の前記シール装置の密封効果が著しく改善されるという効果が達成される。
【００１０】
前記第１媒体および／又は前記第２媒体は、好ましくは液体である。特に、前記第１媒体と前記第２媒体とは、互いに異なる液体とすることができる。
【００１１】
前記密封要素の前記２つの動的密封区域のうち、一方は少なくとも２つの密封リップを有し、それぞれの他方は少なくとも１つの密封リップを有する。
【００１２】
本発明による前記シール装置の好適な実施態様では、双方の動的密封区域が、各々、少なくとも２つの密封リップを有するようになっている。
【００１３】
前記動的密封区域のうちの少なくとも１つが少なくとも３つの密封リップを有すると、更に良好な密封効果が得られる。
【００１４】
非常に低いリーク値を達成する目的で、双方の動的密封区域が、各々、少なくとも３つの密封リップを有すると特に好適である。
【００１５】
前記密封要素が、好ましくは環状であり、特に前記可動部品の長手方向に関して回転対称となるように形成される。
【００１６】
前記密封要素を、原点位置と、前記原点位置に関して１８０°回転した位置の双方において前記シール装置に挿入できるようにするため、前記密封要素が、前記可動部品の長手方向に対して垂直に走る前記密封要素の中央横断面に関し、略鏡面対称となるように形成されると好ましい。こうすると、前記シール装置の組立ては大幅に簡略化される。
【００１７】
前記密封要素を前記可動部品上において追加で案内できるようにするため、前記密封要素が、前記第１動的密封区域と前記第２動的密封区域との間に配置された、前記シール装置の取付状態において前記可動部品に当接する中央ウェブを含むと有利である。
【００１８】
本発明による前記シール装置の好適な実施態様では、前記第１密封領域が、前記第１動的密封区域の半径方向外側に配置された第１静的密封区域を含むようになっている。
【００１９】
更に好ましくは、前記第２密封領域が、前記第２動的密封区域の半径方向外側に配置された第２静的密封区域を含むようになっている。
【００２０】
前記第１静的密封区域および前記第２静的密封区域は、好ましくは、前記密封要素が挿入されるシール担体に、密封するやり方で当接する。
【００２１】
前記静的密封区域は、前記密封要素の軸方向に、即ち、前記可動部品の長手方向と平行に走る方向に、関連する動的密封区域と略同一の程度まで延びるようにしてもよい。特に、前記静的密封区域の軸端部が、前記密封要素の中央横断面から前記動的密封区域の軸端部と同じ距離のところに設置されるようにしてもよい。
【００２２】
もっとも、これに代えて、少なくとも１つの静的密封区域が、同じ密封領域に属する動的密封区域を越えて、軸方向に突出するようにしてもよい。こうして、前記密封要素が、前記密封要素が挿入されるシール担体上で、当該静的密封区域によってのみ支持されるという効果、及び、関連する前記動的密封区域にて前記シール担体に押し込まれる際、関連する前記動的密封区域に負荷がかからないという効果を達成することができる。
【００２３】
前記密封要素の少なくとも１つの静的密封区域を、シール担体上または前記シール装置の別の部品上で、軸方向に支持することができる。
【００２４】
本発明による前記シール装置の前記密封要素がフッ素重合体材料を含むと有利である。
【００２５】
特に、前記密封要素が、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）又は変性ポリテトラフルオロエチレンを含むようにしてもよい。
【００２６】
「変性ポリテトラフルオロエチレン」は、次のようなＰＴＦＥ類似物質として理解されるべきである。即ち、テトラフルオロエチレンに加えて、更に別の同様な全フッ素化モノマーが分子鎖に組み込まれ、ＰＴＦＥのフッ素原子が部分的に置換基に置換されているという点で、ＰＴＦＥの分子構造が化学的に変性している物質である。
【００２７】
「変性ＰＴＦＥ」の化学成分及び生成工程は、例えば、欧州特許公開第0041687号、欧州特許公開第0931798号、又はUS特許明細書第6,013,700号に記載されている。
【００２８】
このようなＰＴＦＥ含有材料は、特に良好な温度抵抗性及び耐化学性と良好なドライランニング特性を呈する。
【００２９】
前記密封要素は、ポリテトラフルオロエチレン又は変性ポリテトラフルオロエチレンから構成することができる。
【００３０】
これに代わり、前記密封要素が、ポリテトラフルオロエチレン化合物又は変性ポリテトラフルオロエチレン化合物、即ち、ポリテトラフルオロエチレン又は変性ポリテトラフルオロエチレンと１つ以上の有機充填剤又は無機充填剤との混合物から形成されるようにしてもよい。
【００３１】
次のようにすると有利である。即ち、前記可動部品の行程中に前記密封要素の密封リップを通過して漏れた媒体を一時的に蓄積し、その後、前記可動部品の戻り行程中にこの媒体にとって正しい側に戻すことができるようにするため、前記密封要素の少なくとも１つの動的密封区域が、当該動的密封区域の隣り合う２つの密封リップ間に形成されている少なくとも１つのリーク貯蔵空間を有する。
【００３２】
このようなリーク貯蔵空間は、好ましくは環状である。
【００３３】
前記密封要素の少なくとも１つの動的密封区域が、前記可動部品の前記長手方向に順次続く複数のリーク貯蔵空間を有すると特に好適である。
【００３４】
これによって、動的密封区域の前記リーク貯蔵空間は全て略均一に大きくすることができる。
【００３５】
もっとも、これに代えて、前記密封要素の軸端部から前記密封要素の中央に向けてリーク量が減少するよう、前記動的密封区域の前記リーク貯蔵空間が異なる大きさを有するようにしてもよい。というのも、リーク媒体が前記密封要素の中央に接近するためには、通過する密封リップの数が増えなければならないからである。
【００３６】
例えば、前記密封要素の製造状態において、前記リーク貯蔵空間を画する前記密封リップが異なる内径を有するという点で、異なる大きさのリーク貯蔵空間を作ることができる。前記シール装置を組み立てる際、これらの密封リップは、前記可動部品の外径に対応する内径を有するように変形される。これにより、前記密封リップは、前記シール装置の作動中、前記可動部品の密封表面に密封するやり方で当接する。
【００３７】
好ましくは、前記密封要素の媒体空間軸端部からの距離が増加するに伴い、前記リーク貯蔵空間の大きさが減少するようにされる。
【００３８】
このことは、特に、前記密封要素の前記製造状態において、前記密封要素の媒体空間端部からの距離が増加するに伴い、前記リーク貯蔵空間を画する前記密封リップの内径が増加するという点で達成することができる。
【００３９】
前記密封要素の少なくとも１つの密封リップが、前記可動部品の長手方向に対して垂直に走る平面に関して異なる角度（α，β）で傾斜する、２つの境界面を有するように設計されると好ましい。
【００４０】
これにより、好ましくは、前記密封要素の近接側の媒体空間端部に方に向けられた境界面が、前記可動部品の長手方向に対して垂直に走る平面に関し、前記密封要素の前記近接側媒体空間端部から離れる方に向けられた境界面よりも小さい角度（α）で傾斜される。前記密封リップのこのような設計により達成される効果は、前記リーク媒体が、前記密封要素の媒体空間端部から離れる方向では前記密封リップをかろうじて克服することしかできないが、反対方向では前記密封要素の媒体空間端部に向けて容易に引き戻すことができるということである。
【００４１】
本発明による前記シール装置の前記密封要素の前記密封リップが、１つの線に沿って前記可動部品の密封表面に当接する、鋭く画された密封縁部を含むようにしてもよい。
【００４２】
これに代わり、前記密封要素の少なくとも１つの動的密封区域が、前記シール装置の取付状態において、前記可動部品の前記長手方向と略平行に配列された支持面によって前記可動部品上で支持される、平坦にされた少なくとも１つの密封リップを有するようにしてもよい。この支持面が、鋭い密封リップよりも広いことから、新しい場合には、当該密封リップ上での固有の表面圧力が減少し、前記密封リップの支承部分が増加し、これにより、前記密封リップの摩耗が低減され、前記密封要素の寿命が延長される。
【００４３】
特に、前記密封要素に隣接する前記媒体のうちの１つが埃の粒子を含有する場合（例えば黒油の場合）、前記密封リップがこのような平坦な形態をとることで、前記密封リップの摩耗が低減される。
【００４４】
前記２つの媒体空間のうちの少なくとも１つ、例えばエンジンオイルで充たされた媒体空間からの埃の粒子を、前記密封要素の前記密封リップに触れさせないようにするために、前記密封要素の少なくとも１つの動的密封区域が、前記密封リップに加えて剥取りリップを有すると好適である。
【００４５】
特に、前記剥取りリップが、前記密封要素の同じ密封領域の静的密封区域を越えて、軸方向に突出するようにしてもよい。
【００４６】
前記密封要素の双方の動的密封区域が、各々、前記密封リップに加えて剥取りリップを含む場合、前記密封要素は対称の設計とすることができる。この場合、前記密封要素の前記可動部品に対する向きは重要でなくなり、前記密封要素は互いに関して１８０°回転された２つの位置にて取り付けられ、これにより、本発明による前記シール装置の組立てを簡略化することができる。
【００４７】
本発明による前記シール装置の好適な実施態様において、前記密封要素の少なくとも１つの剥取りリップが記憶型剥取りリップの形態であることが実現される。
【００４８】
このような剥取りリップは、剥取りリップに使用される材料、特にＰＴＦＥ又はＰＴＦＥ化合物材料の記憶効果によって、前記可動部品の前記密封表面に対して付勢される。
【００４９】
この記憶効果は次のような事実によりもたらされる。即ち、前記記憶型剥取りリップが、最初に、機械加工によって前記可動部品の外径よりも小さい内径で生成され、続いて、その間を前記可動部品が通過できるように周囲温度又はそれより高い温度で変形されるという事実である。前記シール装置がその作動中に加熱すると、前記記憶型剥取りリップの材料は、元の形状に戻るように変形する。従ってこの記憶効果のために、前記記憶型剥取りリップは、前記可動部品の密封表面に対して付勢され、前記シール装置の作動中に前記記憶型剥取りリップが摩耗する過程で、前記可動部品に向けて絶えず押し進められ、このことにより、前記記憶型剥取りリップが十分な剥取り効果を常に生成することが確保される。
【００５０】
前記シール装置の作動中、前記第１媒体空間と前記第２媒体空間との間の平均圧力差は、好ましくは、少なくとも約５バール、特には少なくとも約１０バールに達する。このような高い平均圧力差であっても、本発明による前記シール装置は、非常に小さいリーク値でもって、前記２つの媒体空間の間の確実な密封を保証する。
【００５１】
脈動圧力の場合、前記第１媒体空間と前記第２媒体空間との間の最大圧力差は、平均圧力差を超えて約１５バールまでとすることができる。
【００５２】
好ましくは、前記媒体空間の間の最大圧力差は、少なくとも約２０バールに達する。
【００５３】
本発明による前記シール装置は高圧ポンプでの使用に特に適しており、特には、燃焼機関に燃料を噴射する高圧ポンプでの使用に適している。
【００５４】
例えばこのような高圧ポンプの助けを受け、オットー機関の性能を増強する目的で、ディーゼル機関で使用されるコモンレール技術と同様のやり方で、燃料（ガソリン）が燃焼機関のシリンダに直接噴射される。この目的に必要な高ガソリン圧力を生成するため、高圧ピストンポンプが使用される。この高圧ポンプのピストンは、特別なカムを使用しているカム軸により駆動され、ばね要素の助けを受けて戻される。本発明による前記シール装置は、エンジンオイルで充たされた前記カム軸端部に関して前記ガソリン端部を密封するために使用することができる。
【００５５】
本発明による前記シール装置のガソリンリーク値が小さいことで、エンジンオイルに過度の量のガソリンが入ることが防止される。エンジンオイルに過度の量のガソリンが入ると、オイルが希薄化し、エンジンの故障を引き起こす。
【００５６】
同じように、本発明による前記シール装置は、ガソリンに過度の量のエンジンオイルが入ることを防止する。ガソリンに過度の量のエンジンオイルが入ると、フィルタ及び噴出口が閉塞し、同じくエンジンの故障を引き起こす。
【００５７】
更に、本発明による前記シール装置は、圧力下に維持されているガソリンを密封することを可能にするだけでなく、殆ど圧力のないオイルを、前記カム軸から効率的なやり方で剥取ることも可能にする。
【００５８】
密封の目的で前記可動部品に当接する密封リップの数を増やすと、前記密封リップ及び密封縁部の摩耗も低減されるため、本発明による前記シール装置はより長い期間にわたって使用可能となる。
【００５９】
本発明の更なる特徴および利点は、例示的な実施態様についての以下の記述及び図面にによる説明の主題を成す。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】特にガソリンの直接噴射に使用される高圧ポンプ用の、組み立てられた状態におけるシール装置の第１実施態様の略縦断面図。ここで、シール装置の密封要素は、第１媒体空間に関して密封すると共に、３つの密封リップを有し且つばね要素によって長手方向に変位可能なピストンに対して付勢される第１動的密封区域を含む第１密封領域と、密封要素が第２媒体空間に関して密封すると共に、同じように３つの密封リップを有し且つばね要素によってピストンに対して付勢される第２動的密封区域を含む第２密封領域とを含む。
【図２】動的密封区域の密封リップが異なる内径を有するシール装置の第２実施態様の密封要素の略縦断面図。
【図３】動的密封区域の密封リップが異なる内径を有し、更に、動的密封区域にそれぞれ関連する静的密封区域が動的密封区域を越えて軸方向に突出している、シール装置の第３実施態様の密封要素の略縦断面図。
【図４】動的密封区域が平坦にされた密封リップを有するシール装置の第４実施態様の密封要素の略縦断面図。
【図５】密封要素の第２密封領域において追加の剥取りリップが設けられた、シール装置の第５実施態様の略縦断面図。
【図６】双方の密封領域に追加の剥取りリップが設けられた、シール装置の第６実施態様の密封要素の略断面図。
【図７】密封要素の第２密封領域に記憶効果を有する剥取りリップが設けられた、シール装置の第７実施態様の略縦断面図。
【図８】第１動的密封区域が３つの密封リップを有し、第２動的密封区域が、２つの密封リップと記憶効果を備えた剥取りリップとを有する、シール装置の第８実施態様の密封要素の略縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
各図では、同様の要素又は機能的に等しい要素は同じ参照記号で示されている。
【００６２】
図１に示す、全体的な参照符号１００を担持する高圧ポンプ用のシール装置は、液体、燃料、例えば、特にはガソリンで充たされた第１媒体空間１２８と、別の液体、例えばエンジンオイルで充たされた第２媒体空間１３０との間で密封するのに役立つ。
【００６３】
シール装置１００はシール担体１３２を含み、このシール担体は、中央にある略中空円筒形のシール着座領域１３４と、シール着座領域１３４を包囲する外側環状縁部領域１３６とを有する。
【００６４】
シール担体１３２にスリーブ１３８が押し込まれており、前記スリーブの中央端壁１４０は、シール担体１３２のシール着座領域１３４と共に環状密封要素１１２が配置されたシール空間１４２を画する。
【００６５】
シール空間１４２の第１領域１４４が、スリーブ１３８の端壁１４０内の通り穴１４６を介して第１媒体空間１２８に結合しており、シール空間のこの第１領域１４４には、第１媒体、例えば燃料で充たされている。
【００６６】
シール空間１４２の第２領域１４８が、シール担体１３２のシール着座領域１３４の中央端壁１５２内の通り穴１５０を介して第２媒体空間１３０に結合しており、従ってこの第２領域には、第２媒体、例えばエンジンオイルが充たされている。
【００６７】
シール空間１４２の第１領域１４４と第２領域１４８とは、シール空間１４２内に配置された環状密封要素１１２により、略液密なやり方で相互から分離されている。
【００６８】
更に、略円筒形のピストン１１０が、ただしこのピストンはその長手方向軸１０８に沿って変位可能であり、このピストンの周囲面はピストン支承面１５４を形成するものであるが、スリーブ１３８の端壁１４０内の通り穴１４６と、シール空間１４２内の密封要素１１２の中央リング穴と、シール担体１３２の端壁１５２内の通り穴１５０とを、第１媒体空間１２８から第２媒体空間１３０へ貫通している。
【００６９】
密封要素１１２は、第１媒体空間１２８に関して密封している第１密封領域１１４と、第２媒体空間１３０に関して密封している第２密封領域１１６とを含む。
【００７０】
第１密封領域１１４は、ピストン１１０の長手方向軸１０８（それ自体が密封要素１１２の長手方向軸と合致している）と同軸となるように形成された３つの環状閉鎖密封リップ１２０を有する、第１動的密封区域１１８を含む。前記密封リップは長手方向軸１０８の方向に順次続き、各々が、それぞれのピストン支承面１５４に当接する鋭い密封縁部１５６を有する。
【００７１】
更に、第１密封領域１１４は、第１動的密封区域１１８の半径方向外側に配置されて長手方向軸１０８と平行に走るシール担体１３２の区域１６２の内面に、密封するやり方で接する密封リップ１６０を含む第１静的密封区域１５８を含む。
【００７２】
第１静的密封区域１５８は、第１動的密封区域１１８から密封要素１１２内に設けられ、密封要素１１２の一方の軸端部に向かって開口している輪状溝１６４により分離している。輪状溝内には、その互いに対向する脚部１６６ａ及び１６６ｂがそれぞれ、第１動的密封区域１１８をピストン支承面１５４に対して、及び、第１静的密封区域１５８をシール担体１３２の区域１６２に対して弾力的なやり方で付勢する第１環状閉鎖ばね要素１２６が配置されている。
【００７３】
密封要素１１２の第２密封領域１１６は、第１動的密封区域１１８と同じように長手方向軸１０８と同軸となるように形成されており、長手方向軸１０８に沿って順次続く互いに離間した３つの環状閉鎖密封リップ１２０を有する第２動的密封区域１２２を含む。これらの密封リップ１２０は、それぞれの鋭い密封縁部１５６によって、ピストン支承面１５４に接する。
【００７４】
更に、密封要素１１２の第２密封領域１１６は、第２動的密封区域１２２の半径方向外側に配置されてシール担体１３２の区域１６２の内面に、密封するやり方で接する密封リップ１６０を含む第２静的密封区域１６８を含む。
【００７５】
更に、第２静的密封区域１６８は、軸方向、即ち長手方向軸１０８の方向に第２動的密封区域１２２の端部を越えて突出しており、これによって突出領域は、その助けにより、密封要素１１２が第１媒体空間１２８内で増加した圧力の影響下では、シール担体１３２の端壁１５２上で支持される肩部１７０を形成する。
【００７６】
第１媒体空間１２８と第２媒体空間１３０との間の圧力差は、例えば約１２バールに達する。
【００７７】
第２静的密封区域１６８は、第２動的密封区域１２２から、密封要素１１２内に形成され、密封要素１１２の一方の軸端部に向かって開口している輪状溝１７２により分離している。輪状溝内には、その脚部１６６ａ及び１６６ｂがそれぞれ、第２動的密封区域１２２をピストン支承面１５４に対して、及び、第２静的密封区域１６８をシール担体１３２の区域１６２に対して弾力的なやり方で付勢する第２環状ばね要素１７４が配置されている。
【００７８】
第１動的密封区域１１８と第２動的密封区域１２２との間にはピストン１１０に向かって半径方向内側に突き出していて、大きな表面空間にわたってピストン支承面１５４に接するので、これによって密封要素１１２は、ピストン１１０上で案内される略円筒形の支持面１７８を有する中央ウェブ１７６が形成されている。
【００７９】
動的密封区域１１８、１２２のそれぞれの互いに隣り合う密封リップ１２０のうちの２つの間、そして中央ウェブ１７６の最も近くに設置されているそれぞれの密封リップ１２０と中央ウェブ１７６自体との間にも、長手方向軸１０８と同軸であるそれぞれの環状リーク貯蔵空間１８０が形成されており、これによって、連続するリーク貯蔵空間１８０が、中間の密封縁部１５６又は中央ウェブ１７６により相互から分離されている。
【００８０】
第１動的密封区域１１８内、及び第２動的密封区域１２２内には、それらの密封縁部１５６によってピストン支承面１５４に当接する３つの密封リップ１２０がそれぞれ設けられていることに起因して、第１媒体の第２媒体空間１３０へのリーク、及び、第２媒体の、第１媒体空間１２８へのリークが、公知のシール装置と比較して著しく低減される。
【００８１】
第１媒体空間１２８からのリーク液は、第１動的密封区域１１８のリーク貯蔵空間１８０内に貯蔵され、ピストン１１０の戻り行程中、第１媒体空間１２８内へ引き戻される。
【００８２】
同じように、第２媒体空間１３０からのリーク液は、第２動的密封区域１２２のリーク貯蔵空間１８０内に集められ、ここでも、ピストンの戻り行程中、第２媒体空間１３０内へ引き戻される。
【００８３】
密封要素１１２の６つのリーク貯蔵空間１８０（第１動的密封区域１１８内及び第２動的密封区域１２２内の３つのそれぞれのリーク貯蔵空間１８０）は全て、ほぼ同じ大きさを有する。
【００８４】
密封要素１１２は好ましくは一体形であり、例えばＰＴＦＥ又はＰＴＦＥ化合物から成るフッ素重合体材料製である。
【００８５】
密封要素１１２は、特に炭素繊維を２０重量パーセントまで含有し、残りはＰＴＦＥを含有するＰＴＦＥ化合物から形成することができる。
【００８６】
密封要素１１２は、機械加工により焼結したＰＴＦＥ化合物の中空円筒形ブランクから作製することができる。
【００８７】
ばね要素１２６及び１７４は、好ましくは、Ｕ形、Ｖ形、又はＣ形の断面を有する金属製の輪状ばねの形態である。
【００８８】
密封要素１１２は、その長手方向軸１０８に対して垂直に走る中央横断面１８２に関して略鏡面対称である。こうして、密封要素１１２のピストン１１０に対する向きは役割を果たさず、従って、密封要素１１２は、１８０°回転した位置でもシール担体１３２に挿入することができるという効果が達成される。
【００８９】
静的密封区域１５８及び１６８の肩部１７０は、それぞれの隣り合う輪状溝１６４、及び、中に配置されたばね要素１２６及び１７４のそれぞれの脚部１６６ｂの一部越しに延びており、ばね要素１２６、１７４はそれぞれの輪状溝１６４内で肩部１７０により保持されている。
【００９０】
図２に示すシール装置１００の第２実施態様は、各動的密封区域１１８、１２２のリーク貯蔵空間１８０が第２実施態様では異なる大きさであり、これによって、密封要素１１２の媒体空間軸端部からの距離が増加すると共にリーク貯蔵空間１８０の大きさが減少する結果、密封要素１１２の軸端部に最も近いリーク貯蔵空間１８０ａが、密封要素１１２の中央横断面１８２のより近くに設置されている隣り合うリーク貯蔵空間１８０ｂよりも大きな容量を有し、これらのリーク貯蔵空間１８０ｂが中央横断面１８２の最も近くに設置されているリーク貯蔵空間１８０ｃよりも大きな容量を有するという点で、図１に示す第１実施態様とは異なる。
【００９１】
リーク貯蔵空間１８０の大きさが密封要素１１２の中央横断面１８２に向かって減少していることに起因して、中央横断面１８２のより近くに設置されているリーク貯蔵空間１８０に到達するには、ますます多くの密封リップ１２０をリーク液が通過しなければならないことから、密封要素１１２の軸端部から中央横断面１８２に向かってリーク量が減少するということが考慮される。
【００９２】
密封要素１１２の製造状態において、リーク貯蔵空間１８０と中央ウェブ１７６とを画する密封リップが異なる内径を有するという点で、異なる大きさのリーク貯蔵空間１８０が得られる。
【００９３】
図２からわかるように、密封要素１１２の軸端部の最も近くに設置されている最も外部の密封リップ１２０ａの密封縁部１５６での内径Ｄ１が、密封要素１１２の中央横断面１８２の、より近くに設置されている真ん中の密封リップ１２０ｂの密封縁部１５６での内径Ｄ２よりも小さく、それらの内径Ｄ２が、やはり、密封要素１１２の中央横断面１８２の最も近くに設置されている内側の密封リップ１２０ｃの密封縁部１５６での内径Ｄ３よりも小さくなるように、密封要素１１２の軸端部からの距離が増加すると共に密封リップ１２０の内径Ｄが増加する。内側の密封リップ１２０ｃの内径Ｄ３は、中央ウェブ１７６の支持面１７８の内径Ｄ４よりも小さい。
【００９４】
密封要素１１２のリング穴にピストン１１０を導入すると、シール装置が作動中のとき、密封縁部１５６が全てピストン支承面１５４に当接するように、動的密封区域１１８、１２２は、密封リップ１２０がその密封縁部１５６にて全て、ピストン１１０の外径に一致する同一の内径となるように変形する。
【００９５】
動的密封区域１１８、１２２の剥取り効果を改良し、ピストン１１０の戻り行程中のリーク液の逆搬送を促進するために、外方に配向されている境界面１８４、即ち密封要素１１２の最近接の軸端部に向かって配向されている境界面は、長手方向軸１０８に対して垂直に走る平面１８６に関して、内方に配向されている密封リップ１２０の境界面１８８、即ち密封要素１１２の中央横断面１８２に向かって配向されている境界面とは異なる傾斜角度（ａ）を有する。
【００９６】
図２からわかるように、外方に配向されている境界面１８４が内方に配向されている境界面１８８よりも急峻である。即ち、外方に配向されている境界面１８４が、長手方向軸１０８に対して垂直に走る平面１８６に関して角度ａで傾斜している。この角度は、内方に配向されている密封リップ１２０の境界面１８８がこの平面１８６に対して傾斜している角度βよりも小さい。
【００９７】
密封リップ１２０がこのような設計であることに起因して、リーク液が密封要素１１２の中央横断面１８２に向かう密封要素１１２の軸端部から離れる方向では密封リップ１２０をかろうじて克服することしかできないが、中央横断面１８２から離れる反対方向では、密封要素１１２の軸端部に向かって容易に引き戻すことができるという効果が達成される。
【００９８】
更に外方に向く境界面１８４が急峻な設計であることにより、これらの表面からの剥取り効果が改良される。
【００９９】
密封リップ１２０のそれぞれの境界面１８４及び１８８のこれらの異なる傾斜角度ａ及びβは、とりわけ、図１〜図８に示すシール装置１００の実施態様において現実化される。
【０１００】
図１に示す第１実施態様とは対照的に、第２実施態様の密封要素１１２の静的密封区域１５８及び１６８は、それぞれに関連する第１動的密封区域１１８及び第２動的密封区域１２２を越えて突出しているのではなく、むしろ中央横断面１８２からそれぞれに関連する動的密封区域１１８及び１２２と同じ距離のところで終端している。
【０１０１】
その他のあらゆる点で、図２に示すシール装置１００の第２実施態様は、その構成及び機能性に関して図１に示す第１実施態様と一致しているので、その限りにおいて前述のその記載が参照される。
【０１０２】
図３に示すシール装置１００の第３実施態様は、動的密封区域１１８及び１２２の軸端部１９０が、それぞれに関連する静的密封区域１５８、１６８の軸端部１９２に関して、密封要素１１２の中央横断面１８２に関して距離Ｌだけ後退しているという点で、図２に示す第２実施態様と相違している。
【０１０３】
このことは密封要素１１２をシール担体１３２に押し込む際に、動的密封区域１１８及び１２２に負荷がかからないという利点を提供する。
【０１０４】
その他のあらゆる点で、図３に示すシール装置１００の第３実施態様はその構成及び機能性に関して、図２に示す第２実施態様と一致しているので、その限りにおいて前述のその記載が参照される。
【０１０５】
図４に示すシール装置１００の第４実施態様は、動的密封区域１１８及び１２２の密封リップ１２０が、鋭い密封縁部１５６を有するのではなく、代わりに平坦にされており、長手方向軸１０８と平行に距離Ａにわたってそれぞれ延びる略円筒形の支持面１９４によってピストン支承面１５４にぴたっと当接するという点で、図２に示す第２実施態様と相違している。
【０１０６】
この支持面が鋭い密封縁部１５６と比較して大きめであることに起因して、新規の場合、密封リップ１２０の各々での固有の表面圧力は減少し、密封リップ１２０の支持部分は増加するので、これによって密封リップの摩耗が低減され、密封要素１１２の寿命が延長する。
【０１０７】
その他のあらゆる点で、図４に示すシール装置１００の第４実施態様はその構成及び機能性に関して、図２に示す第２実施態様と一致しているので、その限りにおいて前述のその記載が参照される。
【０１０８】
図５に示すシール装置１００の第５実施態様は、３つの密封リップ１２０に加えて、密封要素１１２の第２動的密封区域１２２に軸方向で、第２静的密封区域１６８を越えて突出しており、ピストン支承面１５４に当接する剥取りリップ１９６が設けられている、という点で、図３に示す第３実施態様と相違している。
【０１０９】
この付加的な剥取りリップ１９６に起因して、第２媒体、例えばエンジンオイルからの埃の粒子が、第２動的密封区域１２２の密封リップ１２０に触れないようにされる。
【０１１０】
この代案として、密封要素１１２の軸端部の最も近くに設置されている第２動的密封区域１２２の密封リップ１２０ａをなしで済まし、代わりに剥取りリップ１９６を設けることを実現することもできよう。
【０１１１】
その他のあらゆる点で、図５に示すシール装置１００の第５実施態様はその構成及び機能性に関して、図３に示す第３実施態様と一致しているので、その限りにおいて前述のその記載が参照される。
【０１１２】
図６に示すシール装置１００の第６実施態様は、密封要素１１２が、その中央横断面１８２に関して鏡面対称であるようなものであり、従って、その動的密封区域１１８、１２２の各々上に、それぞれの３つの密封リップ１２０に加えて、それぞれの剥取りリップ１９６をも有し、この剥取りリップが、軸方向でそれぞれに関連する静的密封区域１５８及び１６８を越えて突出しているという点で、図５に示す第５実施態様と相違している。
【０１１３】
密封要素１１２が、その中央横断面１８２に関して対称性を有することに起因して、密封要素１１２を、シール担体１３２に、１８０°回転した位置にて挿入できることが確実となり、これによってシール装置１００の組立てが簡素化される。
【０１１４】
その他のあらゆる点で、図６に示すシール装置１００の第６実施態様はその構成及び機能性に関して、図５に示す第５実施態様と一致しているので、その限りにおいて前述のその記載が参照される。
【０１１５】
図７に示すシール装置１００の第７実施態様は、第２動的密封区域１２２の付加的な剥取りリップ１９６が記憶型剥取りリップ１９８の形態である、即ち、フッ素重合体材料、特にＰＴＦＥ又はＰＴＦＥ化合物材料の記憶効果が使用されることによりピストン支承面１５４に対して付勢される剥取りリップの形態であるという点で、図５に示す第５実施態様と相違している。
【０１１６】
この記憶効果は、記憶型剥取りリップ１９８が最初に生成される際に、ピストン１１０の外径よりも小さい内径を有するように機械加工され、続いてその間をピストン１１０が通過できるように、周囲温度又はそれより高い温度で変形されることに起因して発生する。高圧ポンプの作動中にシール装置１００が加熱すると、記憶型剥取りリップ１９８のＰＴＦＥ含有材料はその元の形状に戻るように変形する。従って、このいわゆる「プラスチック記憶効果」に起因して、記憶型剥取りリップ１９８はピストン支承面１５４に対して付勢され、シール装置１００が作動中である際に記憶型剥取りリップ１９８が摩耗する過程で、ピストン１１０に対して連続的に再調整されるので、これによって記憶型剥取りリップ１９８が常に、適切な剥取り効果を生成することが確実になる。
【０１１７】
その他のあらゆる点で、図７に示すシール装置１００の第７実施態様はその構成及び機能性に関して、図５に示す第５実施態様と一致しているので、その限りにおいて、前述のその記載が参照される。
【０１１８】
図８に示すシール装置１００の第８実施態様は、軸端部の最近接の第２動的密封区域１２２の密封リップ１２０ａがなしで済まされ、従って、第２動的密封区域１２２は、その軸端部１９０が、第２静的密封区域１６８の軸端部１９２に関して距離Ｌだけ後退するように短くされ、結果として、密封要素１１２がシール担体１３２に押し込まれる際に、第２動的密封区域に負荷がかからないという点で、図７に示す第７実施態様と相違している。
【０１１９】
その他のあらゆる点で、図８に示すシール装置１００の第８実施態様は、その構成及び機能性に関して図７に示す第７実施態様と一致しているので、その限りにおいて前述のその記載が参照される。
【図１】
2010510457.tif 000003
【図２】
2010510457.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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2010510457.tif 000012
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2010510457.tif 000014
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