(57)【要約】  本発明は、環境から、静止構成要素および／または回転構成要素内を延びる少なくとも１つの流体運搬チャネルおよび／または空間を封止するためのメカニカルシールに関し、メカニカルシールは、相手側リングに接して軸方向に封止するように支持されたシールリングであって、シールリングの端部のシール表面上または相手側の面上の摩耗を補償するために、このシール表面が弾性的にかつ軸方向に移動可能に相手側リングに接して支持される、メカニカルシールリングと、軸方向においてメカニカルシールリングを移動可能に収容し、周方向において周方向部分でメカニカルシールリングを囲むハウジングと、を有する。本発明によるメカニカルシールは、ハウジングが軸方向において周方向部分に隣接するフランジを有し、フランジは、周方向部分と一体的に設計されるか、または、材料接着によって周方向部分に接続され、フランジは、少なくとも１つの半径方向内側に向く突出部を形成し、メカニカルシールリングは、軸方向において半径方向内側に向く突出部に向かい合う停止面を有し、停止面により、メカニカルシールリングは、軸方向における最大許容移動中に突出部にぶつかり、フランジは、少なくとも１つの半径方向外側に向く突出部を形成し、突出部によって、フランジは、ハウジングを保持する２つの構成要素のうちの一方に回転不能に接続され得るか、または接続されることを特徴とする。
2022501550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境から、静止構成要素（２）および／または回転構成要素（３）内を延びる少なくとも１つの流体運搬チャネル（１）および／または空間を封止するためのメカニカルシールであって、
相手側リング（２５）に接して軸方向に封止するように支持されたメカニカルシールリング（４）であって、前記メカニカルシールリング（４）の端部のシール表面（５）上または相手側の面上の摩耗を補償するために、前記シール表面（５）が前記相手側リング（２５）に接した状態で弾性的にかつ軸方向に移動可能に支持される、メカニカルシールリング（４）と、
軸方向において前記メカニカルシールリング（４）を移動可能に収容し、周辺方向において周方向部分（６．１）で前記メカニカルシールリング（４）を囲む、ハウジング（６）と、
を有し、
前記ハウジング（６）は、軸方向において前記周方向部分（６．１）に隣接するフランジ（６．２）を有し、前記フランジ（６．２）は、前記周方向部分（６．１）と一体的に設計されるか、または、材料接着で前記周方向部分（６．１）に接続され、前記フランジ（６．２）は、少なくとも１つの半径方向内側に向く突出部（７）を形成し、前記メカニカルシールリング（４）は、軸方向において前記半径方向内側に向く突出部（７）に向かい合う停止面（８）を含み、前記停止面（８）により、前記メカニカルシールリング（４）は、軸方向における最大許容移動中に前記突出部（７）にぶつかり、
前記フランジ（６．２）は、少なくとも１つの半径方向外側に向く突出部（９）を形成し、前記半径方向外側に向く突出部（９）によって、前記フランジ（６．２）は、前記ハウジング（６）を受容する前記２つの構成要素（２、３）のうちの一方に回転不能に接続され得るか、または接続されることを特徴とする、メカニカルシール。
【請求項２】
前記フランジ（６．２）は、環状であり、特に平坦であり、前記周方向部分（６．１）を越えて半径方向内側および半径方向外側に突出することを特徴とする、請求項１に記載のメカニカルシール。
【請求項３】
前記メカニカルシールリング（４）は、特にアンダーカットによって、前記ハウジング（６）内に回転不能に保持されることを特徴とする、請求項１または２に記載のメカニカルシール。
【請求項４】
前記フランジ（６．２）は、前記フランジ（６．２）を前記構成要素（２、３）に回転不能に接続するために半径方向凹部および／または半径方向突出部（２９）を有し、前記半径方向凹部および／または突出部は、周辺部にわたって分配されて配置され、周方向に並んで位置付けられることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のメカニカルシール。
【請求項５】
前記フランジ（６．２）は、貫通孔（１０）を有し、前記貫通孔（１０）は、前記フランジ（６．２）を前記構成要素（２、３）に回転不能に接続するために、周辺部にわたって分配され、周方向に並んで位置付けら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メカニカルシール。
【請求項６】
前記ハウジング（６）は金属薄板で作られ、前記フランジ（６．２）は、特に前記周方向部分（６．１）に溶接されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のメカニカルシール。
【請求項７】
前記フランジ（６．２）は、前記回転構成要素（３）を支持するための、軸受（２６）、特にころ軸受を受容する軸受ハウジング（３０）に回転不能に接続されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のメカニカルシール。
【請求項８】
前記メカニカルシールは、軸方向における前記メカニカルシールリング（４）の位置を検出するための位置センサ（１１）を有し、前記位置センサ（１１）は、前記メカニカルシールリング（４）に固定されかつ前記メカニカルシールリング（４）と共に軸方向に移動するエンコーダー（１２）を有し、前記周方向部分（６．１）の半径方向外側に位置付けられかつ軸方向における前記エンコーダー（１２）の位置を検出する静止センサ（１３）を有し、前記静止センサ（１３）は、前記周方向部分（６．１）によって、および／または前記フランジ（６．２）によって、支持され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メカニカルシール。
【請求項９】
前記フランジ（６．２）は、軸方向に、かつ周方向、接線方向、または斜方向に外側に延びるブラケット（１４）を有し、前記ブラケット（１４）は、特に、前記フランジ（６．２）に溶接された金属薄板ストリップとして設計され、前記ブラケット（１４）は、前記周方向部分（６．１）から距離を置いて位置付けられ、特に前記周方向部分（６．１）に面する表面上に、前記静止センサ（１３）を保持することを特徴とする、請求項８に記載のメカニカルシール。
【請求項１０】
前記フランジ（６．２）は、前記フランジ（６．２）を貫通する少なくとも１つの長手方向溝（１５）を有し、前記長手方向溝（１５）は、特に接線方向、斜方向に外側に、または周方向に延び、前記静止センサ（１３）の少なくとも１つの接続ケーブル（１６）を収容することを特徴とする、請求項８または９に記載のメカニカルシール。
【請求項１１】
前記エンコーダー（１２）は、前記メカニカルシールリング（４）の半径方向ボア（１７）に挿入され、特に、半径方向外側において、前記メカニカルシールリング（４）と面一であることを特徴とする、請求項８から１０のいずれか一項に記載のメカニカルシール。
【請求項１２】
前記エンコーダー（１２）は、少なくとも１つの磁石（１８）を含むか、または前記少なくとも１つの磁石（１８）によって形成され、前記静止センサ（１３）は、軸方向における前記磁石（１８）の位置を検出するホールセンサとして設計されることを特徴とする、請求項８から１１のいずれか一項に記載のメカニカルシール。
【請求項１３】
前記ハウジング（６）は、前記シール表面（５）から離れる方を向く前記メカニカルシールリング（４）の端面に対向するハウジング基部（６．３）を有し、前記メカニカルシールリング（４）は、前記端面と前記ハウジング基部（６．３）との間のバネ要素（２３）によって、特に波形バネによって、前記ハウジング基部（６．３）上で弾性的に支持され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メカニカルシール。
【請求項１４】
前記フランジ（６．２）は、前記回転構成要素（３）内、特に前記相手側リング（２５）内のエンコーダー（３７）と協働する速度センサ（３６）を保持す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メカニカルシール。
【請求項１５】
回転ユニオンであって、静止構成要素（２）および回転構成要素（３）と、請求項１から１４のいずれか一項に記載のメカニカルシールで封止され、前記静止構成要素（２）および前記回転構成要素（３）内を延びるチャネル（１）と、を有し、前記フランジ（６．２）は、前記静止構成要素（２）または前記回転構成要素（３）に回転不能に接続される、回転ユニオン。
【請求項１６】
請求項８から１４のいずれか一項に記載のメカニカルシールリング（４）を有し、前記フランジ（６．２）は、前記静止構成要素（２）に回転不能に接続され、前記静止構成要素（２）は内壁（１９）を有し、前記内壁（１９）は、特に軸受のように、前記ハウジング（６）の前記周方向部分（６．１）を取り囲み、前記内壁（１９）に、少なくとも周方向において制限された凹部（２０）が設けられ、前記凹部（２０）は、前記静止センサ（１３）を収容するように配置され寸法決めされることを特徴とする、請求項１５に記載の回転ユニオン。
【請求項１７】
特にボアの形態の、少なくとも１つの漏出チャネル（２１）が、前記静止構成要素（２）に設けられ、前記漏出チャネル（２１）は、前記メカニカルシールリング（４）を通過する流体を前記静止構成要素（２）から排出し、前記静止センサ（１３）の少なくとも１つの接続ケーブル（１６）は、前記漏出チャネル（２１）を通ってガイドされ、特に前記静止センサ（１３）から出発する前記接続ケーブル（１６）は、前記長手方向溝（１５）を通って予めガイドされることを特徴とする、請求項１６に記載の回転ユニオン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の、環境から、静止構成要素および／または回転構成要素内を延びる少なくとも１つの流体運搬チャネルおよび／または空間を封止するためのメカニカルシール、ならびに、そのようなメカニカルシールを有する回転ユニオンに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ハウジングを備えた、ポンプシャフトを封止するための一般的なメカニカルシールであって、ハウジングが、軸方向に移動可能にメカニカルシールリングを収容し、ポンプハウジングの内壁に隣接する、このポンプハウジングの凹部に挿入された円筒形の周方向構成要素によりメカニカルシールリングを囲む、メカニカルシールを開示している。メカニカルシールのハウジングは、メカニカルシールのための回転防止装置と、メカニカルシールをハウジングから押し出すバネ要素が支持された基部と、を有する。ハウジングの開口側には、リング型のカバーが設けられ、このカバーは、ハウジングの端面上に設置され、端面に接して封止される。カバーは、段付きになるように形成され、ハウジングをポンプハウジングの凹部内に保持する停止部を形成するフランジを有する。カバーはまた、メカニカルシールリングの軸方向移動を妨げることなく、メカニカルシールリングをハウジング内に保持する。
【０００３】
特許文献２は、円筒形ハウジングを有するメカニカルシールであって、ハウジングが、メカニカルシールリングを周方向に取り囲み、軸方向においてメカニカルシールリングの停止面に面する開口側に、半径方向内側に突出するフランジを有し、それによってメカニカルシールリングが軸方向における最大許容移動中にフランジに当接するようにする、メカニカルシールを開示している。さらに、磁石の形態のエンコーダーが設けられ、このエンコーダーもまた、停止面上に支持されるか、または停止面に当接し、ハウジングの外側に接続された静止センサと共に、メカニカルシールリングの軸方向位置を検出し得る位置センサを形成し、それによって、メカニカルシールの摩耗が判定され得る。
【０００４】
前述したメカニカルシールの欠点は、メカニカルシールのハウジングが、外周上をぴったり包んでこのハウジングを収容する静止構成要素内でねじれ得ることである。位置センサが設けられる場合、これにより、静止センサがハウジングを剪断し得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第３３０１９４７号明細書
【特許文献２】独国特許出願第１０２０１７２１８６８９．５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、メカニカルシールハウジングの非意図的な回転が妨げられる、特に位置センサを有するメカニカルシールを明示する目的に基づく。本発明による解決策は、特に、容易に一体化され得る、小型で費用対効果が高いデザインを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による目的は、請求項１に記載の特徴を有するメカニカルシールによって解決される。従属請求項では、本発明の特に有利で実用的なデザイン、ならびに本発明によるメカニカルシールを有する回転ユニオンが、明示される。
【０００８】
環境から、静止構成要素および／または回転構成要素内を延びる少なくとも１つの流体運搬チャネルおよび／または空間を封止するための、本発明によるメカニカルシールは、相手側リングに接して軸方向に封止するように支持されたメカニカルシールリングを含む。本発明の一実施形態では、少なくとも１つの流体運搬チャネルは、静止構成要素から回転構成要素内に、または回転構成要素から静止構成要素内に、よって回転ユニオンを通って延びる。回転ユニオンは、流体を、静止構成要素のそれぞれのチャネルセクションから、回転構成要素のそれぞれのチャネルセクションに運び、すなわち回転軸を中心として回転させるのに役立ち、または回転構成要素のそれぞれのチャネルセクションから、静止構成要素のそれぞれのチャネルセクションに運び、すなわち回転軸を中心として回転させるのに役立つ。しかしながら、本発明は、メカニカルシールによる封止が使用される任意の構成要素において回転ユニオンとは無関係に適用されてもよい。この点において、流体運搬チャネルは、メカニカルシールによって環境に対して封止される静止構成要素内および／または回転構成要素内の任意の空間である。環境は、その構成要素内および／もしくは別の構成要素内の別の空間であるか、または、ハウジング部品によってもはや囲まれていない環境とすることができる。環境は、加圧されていないか、または加圧されていてよい。流体は、チャネルおよび／もしくはチャンバ内を流れるか、または静止していてよい。ポンプ、例えば液体ポンプまたはガスポンプ、コンプレッサー、および他の工作機械における、少なくとも１つの流体運搬チャネルおよび／または室の封止が、例として提供されるに過ぎない。
【０００９】
メカニカルシールリングは、軸方向に、すなわち回転構成要素の回転軸の方向に、相手側リングに接して支持されるので、摩耗を受けやすい。例えば、メカニカルシールリングは、炭素で作られるか、または炭素を含有する。例えば回転ユニオンにおいて、メカニカルシールリングを軸方向に短くする摩耗により、漏れが引き起こされるのを防ぐために、メカニカルシールリングは、軸方向に移動することができ、また摩耗を補償するために、メカニカルシールリングの前方シール表面が相手側リングに接した状態で弾性的に支持される。よって、漸進的な摩耗は、相手側リングに向かってメカニカルシールリングの軸方向変位を増大させることによって、補償される。さらに、または代わりに、相手側リングはまた、メカニカルシールリングのシール表面と接触している相手側の面のエリアにおいて摩損または摩耗を受けやすくなり得、それによって、これを補償するために、メカニカルシールリングはその弾性プレテンションによって軸方向に変位される。
【００１０】
既に起こっている、メカニカルシールリングの摩耗または軸方向移動の程度を評価できるようにするため、軸方向におけるメカニカルシールリングの位置を検出するための位置センサが、本発明の有利な実施形態に従って提供される。
【００１１】
本発明によるメカニカルシールは、メカニカルシールリングを収容するハウジングを有し、ハウジング内で、メカニカルシールリングは軸方向に移動可能である。ハウジングは、周方向においてメカニカルシールリングを囲む周方向部分を有する。この周方向部分は、例えば、メカニカルシールがチャネルおよび／または空間を封止する機械の静止部品によって囲まれ得る。
【００１２】
本発明によると、ハウジングはフランジを有し、フランジは、軸方向において周方向部分に接続され、周方向部分と一体に設計されるか、または、材料接着(material bond)により周方向部分に接続される。フランジは、少なくとも１つの半径方向内側に向く突出部を形成し、メカニカルシールリングは、軸方向において、半径方向内側に向けられた突出部に向かい合う停止表面を有し、これにより、メカニカルシールリングは、軸方向における最大許容移動中に突出部に当接し、フランジは、少なくとも１つの半径方向外側に向く突出部をさらに形成し、これにより、フランジは、ハウジングを収容する２つの構成要素のうちの一方に回転不能に接続され得るか、または接続される。
【００１３】
よって、本発明によると、フランジは、ハウジングから滑り落ちるのに逆らってメカニカルシールリングを固定するだけでなく、ハウジングがハウジングを囲む構成要素内で回転するのを防ぐのにも役立つ。位置センサも設けられる場合、フランジは、静止センサを接続するのにも役立ち得、静止センサは、メカニカルシールリングに接続された位置センサのエンコーダーと共に動作する。特に、フランジは単独で、静止センサを、直接、またはフランジによって保持された構成要素、例えばブラケットを介して、保持する。
【００１４】
本発明の一実施形態によると、フランジは、環状に、特に平坦に形成され、周方向部分を越えて半径方向内側および半径方向外側に突出する。これは、周方向部分が、半径方向内側縁部および半径方向外側縁部から距離を置いてフランジに近接することを意味する。
【００１５】
好ましくは、メカニカルシールリングは、例えばアンダーカットによって、ねじれることができないように、ハウジング内に保持される。例えば、軸方向溝が、メカニカルシールリングおよび／またはハウジング内に設けられ得、軸方向溝内で、他方の構成要素、すなわちハウジングまたはメカニカルシールリングの、対応する片割れの突出部が積極的に(positively)係合する。
【００１６】
本発明の一実施形態によると、２つの構成要素、すなわち、静止構成要素または回転構成要素のうちの一方におけるフランジの回転防止装置は、積極的に、すなわち少なくとも１つのアンダーカットを形成することによって、達成され得る。例えば、フランジは、その周方向に並んで位置付けられかつ周辺部にわたって分配された半径方向凹部および／または半径方向突出部を有し、これら半径方向凹部および／または半径方向突出部は、構成要素の対応する片割れの突出部および／もしくは凹部と重なるか、または片割れの突出部および／もしくは凹部と係合する。
【００１７】
本発明の有利な実施形態によると、フランジは、貫通孔を有し、これら貫通孔は、フランジを構成要素に回転不能に接続するために、周辺部にわたって分配されるように配置され、周方向に並んで位置付けられている。例えば、ねじもしくはピンは、貫通孔を通って構成要素に挿入され得るか、または、フランジは、構成要素上の対応するピンもしくは他の突出部上で押されて、周方向における積極的な適合を達成し得る。
【００１８】
例えば、ハウジングは金属薄板で作られ、フランジは、特に周方向部分上で溶接される。溶接継目は周辺部全体に沿っている必要はないが、個々の溶接セクションまたは溶接点が設けられ得る。よって、フランジは、例えばパンチングによって、平坦な金属薄板リングとして製造され、その後、円筒形またはカップ型の周方向部分に接続され得る。
【００１９】
本発明の一実施形態によると、フランジの非回転接続のための貫通孔に加えて、さらなるセンタリング孔がフランジに設けられ、これらセンタリング孔は、周辺部にわたって分配され、かつ並んで配置される。これらセンタリング孔は、フランジが周方向部分上に装着される際にフランジを周方向部分に対してセンタリングするのに使用され得る。さらに、このようなセンタリング孔は、必要に応じて、ハウジングを収容する構成要素内でハウジングをセンタリングするのに使用され得る。当然、フランジを周方向部分に装着する際のセンタリング孔として、構成要素へのフランジの非回転接続のための貫通孔を使用することも可能であり、それによって、追加のセンタリング孔が、必要に応じて省略され得る。
【００２０】
本発明による実施形態によると、軸受ハウジングが設けられ、この軸受ハウジングは、回転構成要素を支持するための軸受、すなわち、ころ軸受または平軸受を収容する。フランジは、次に、軸受ハウジングに回転不能に接続され得、特に、例えば、図示の半径方向突出部および／もしくは半径方向凹部によって、かつ／または、ねじもしくはピンなどの対応する装着要素が導入される、周辺部の周りに分配された貫通孔によって、軸受ハウジングに直接接続され得る。
【００２１】
本発明の一実施形態によると、メカニカルシールリングのハウジングは、流体運搬チャネルおよび／または空間を画定する静止構成要素または回転構成要素を形成し得る。例えば、このような場合、周方向部分は、流体の供給または排出のための接続部、例えば流体ホースのための接続ねじ山を有し得る。
【００２２】
軸方向におけるメカニカルシールリングの位置を検出するための位置センサを有して示される実施形態では、メカニカルシールリングと共に軸方向に移動する少なくとも１つのエンコーダーが、メカニカルシールリングに取り付けられる。例えば、エンコーダーは、メカニカルシールリングの半径方向ボアに挿入され、好ましくは、半径方向外側においてメカニカルシールリングと面一とすることができる。さらに、周方向部分の半径方向外側に位置付けられた静止センサが設けられ、この静止センサは、軸方向におけるエンコーダーの位置を検出し、静止センサは、周方向部分および／またはフランジによって支持される。
【００２３】
好適な実施形態によると、周方向部分は、エンコーダーと静止センサとの間の信号伝送を改善するために、静止センサが面する周辺エリアに突破口(breakthrough)を有する。
【００２４】
特に好適な実施形態によると、フランジは、軸方向に、かつ周方向もしくは斜方向に外側に、または接線方向に延びるブラケットを有し、このブラケットは、周方向部分から距離を置いて位置付けられ、静止センサを支持する。例えば、ブラケットは、フランジに溶接された金属薄板ストリップ、特に平坦な金属薄板ストリップとして設計される。静止センサは、例えば金属薄板ストリップに接着され得る。一実施形態によると、ブラケットは、周方向部分に面する表面上で静止センサを保持する。
【００２５】
特に、フランジは、長手方向溝を有し、この長手方向溝は、フランジを貫通し、例えば接線方向、周方向、または対角線状に外側に延びる。長手方向溝は、好ましくはまっすぐである。この長手方向溝は、静止センサの少なくとも１つの接続ケーブルを収容し得る。よって、少なくとも１つの接続ケーブルは、静止センサの側からフランジを通って、静止センサから離れる方を向くフランジの側まで、また、そこから、例えばハウジングを収容する構成要素の外側まで、例えばこの構成要素の漏出チャネルを通って、導かれ得る。
【００２６】
センサは、少なくとも１つの磁石を含むか、または磁石によって形成され得、静止センサは、軸方向における少なくとも１つの磁石の位置を検出するホールセンサとして形成され得る。
【００２７】
好ましくは、ハウジングはハウジング基部を有し、このハウジング基部は、シール表面から離れる方を向くメカニカルシールリングの端面に対向し、メカニカルシールリングは、端面とハウジング基部との間のバネ要素、特に波形バネによって、ハウジング基部上で弾性的に支持される。
【００２８】
メカニカルシールリングは、特に中空の円筒形カーボンリングを含むか、またはこのようなリングから形成され、このリングは、シール表面を形成する端面を有し、特にハウジング基部に面する端面を有する。
【００２９】
特に、メカニカルシールリングは、静止しており、相手側リングは、メカニカルシールリングに対して周囲に延びる。
【００３０】
ここに提示されるさらなる特徴とは無関係に実装されてもよい、本発明の特徴によると、特に、突出部を形成しかつ回転防止装置を可能にする、ハウジング上のフランジがないメカニカルシールの場合、速度センサが、相手側リングと関連付けられ、相手側リングのエンコーダーと協働して、相手側リングの速度を検出する。速度センサは、例えば、軸方向においてメカニカルシールのハウジングに隣接して位置付けられ、かつ、そこで静止構成要素に取り付けられ得る。しかしながら、前記に示したようなハウジングが、材料接着で、または一体的に周方向部分に接続されたフランジと共に設計され、このフランジが速度センサも保持すると、好適である。
【００３１】
よって、本発明の一実施形態によると、フランジは、その軸方向における第１の側に位置センサの静止センサを収容または支持し、かつその軸方向における他方の側に速度センサを収容または支持することができる。これらのセンサはそれぞれ、好ましくは図示のタイプのブラケット上に、例えばフランジに挿入される溶接金属薄板ストリップ(welded-on sheet metal strips)上に、位置付けられ得る。ブラケットは、フランジの異なる開口部に挿入された場合に特に、フランジの周方向に互いにオフセットして設けられ得る。しかしながら、フランジの開口部を通してブラケットを挿入し、このブラケットがフランジの軸方向における一方の側に摩耗検出のための位置センサの静止センサを、また軸方向における他方の側に速度検出のための速度センサを保持するように、ブラケットをそこで固定することも可能である。
【００３２】
速度センサのためのエンコーダーは、例えば、外周上、または相手側リングの１つの端面上の、少なくとも１つの平らな部分もしくはノッチまたは他のマーキングによって、設計され得る。好適なデザインによると、エンコーダーは少なくとも１つの磁石によって形成され、速度センサはホールセンサとして設計される。
【００３３】
静止構成要素および回転構成要素と、本発明によるメカニカルシールで封止され、静止構成要素および回転構成要素内を延びるチャネルと、を有する、本発明による回転ユニオンの場合、フランジは、回転不能に静止構成要素に、または回転不能に回転構成要素に接続される。例えば、フランジは、静止構成要素に回転不能に接続され、静止構成要素は、ハウジングの周方向部分を、特に周方向部分に隣接して囲む内壁を有し、この内壁に凹部が設けられ、凹部は、少なくとも周辺方向において制限され、静止センサを収容するように配置され寸法決めされる。
【００３４】
例えば、静止構成要素は、メカニカルシールを通過する流体を構成要素から排出する、特にボアの形態の、前述した漏出チャネルを備えてもよく、静止センサの少なくとも１つの接続ケーブルは、特に静止センサから出発して長手方向溝を通って導かれた後、漏出チャネルを通って導かれ得る。
【００３５】
本発明は、メカニカルシールを備えた回転ユニオンに限定されない。むしろ、他の構成要素または機械が、チャネルまたはチャンバを封止するために本発明によるメカニカルシールを備えて設計され得る。例えば、このようなメカニカルシールを備えたポンプを参照する。
【００３６】
本発明は、例示的な実施形態および図面を活用して、以下で説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるメカニカルシールの概略図である。
【図２】本発明によるメカニカルシールを有する回転ユニオンの別の概略断面図である。
【図３】本発明によるメカニカルシールのフランジの例示的な実施形態の平面図である。
【図４】本発明による別のメカニカルシールの概略断面図である。
【図５】図４に示すようなメカニカルシールのフランジの正面平面図である。
【図６】図４からのメカニカルシールのハウジングを通る断面図である。
【図７】追加の速度センサを備えた図２と類似の断面図である。
【図８】追加の速度センサを備えた図４と類似の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、本発明に従って設計されたメカニカルシールを示し、メカニカルシールは、ハウジング６を含み、ハウジングは、周方向部分６．１と、開口端部において軸方向における前記ハウジングの前部に接続されたフランジ６．２と、を備える。図示のとおり、フランジ６．２は、例えば周方向部分６．１に溶接される。
【００３９】
周方向部分６．１は、円筒形に設計され、メカニカルシールリング４を周辺方向において囲む。メカニカルシールリング４は、シール２２によってハウジング６に挿入され、この場合、周方向部分６．１に接して封止される。
【００４０】
メカニカルシールリング４は、ハウジング６から突出するその端面に、シール表面５を有する。シール表面５から離れる方を向く端面において、メカニカルシールリング４は、例えば波形バネの形態のバネ要素２３によって圧力弾性(pressure elasticity)を受ける。バネ要素２３は、ハウジング６のハウジング基部６．３上に支持される。
【００４１】
メカニカルシールリング４は、バネ要素２３から離れる方を向くその停止面８がフランジ６．２の半径方向内側に向く突出部７に当接するまで、バネ要素２３によってハウジング６から押し出され得る。これは、メカニカルシールリング４を軸方向に短くする、シール表面５の摩耗を補償する。
【００４２】
さらに、フランジ６．２は、半径方向外側に向く突出部９を有し、この突出部９は、一方では、ハウジング６を保持する構成要素にハウジング６を回転不能に接続するのに役立ち、他方では、位置センサ１１の静止センサ１３を接続するのに役立つ。さらに、または代わりに、静止センサ１３は、破線で示すように、ハウジング６の周方向部分６．１にも接続され得る。
【００４３】
静止センサ１３は、ここではメカニカルシールリング４の半径方向ボア１７内に磁石１８の形態で置かれたエンコーダー１２と相互作用する。静止センサ１３またはエンコーダー１２のエリアでは、エンコーダー１２から静止センサ１３への信号の流れを妨げないように、開口部２４が周方向部分６．１に設けられる。
【００４４】
静止センサ１３は、フランジ６．２の半径方向外側に向く突出部９に接続されたブラケット１４によって支持される。特に、ブラケット１４は、材料接着でフランジ６．２に接続されるか、または、フランジ６．２と一体的に設計され、静止センサ１３は、形状嵌合(form fit)または材料接続でブラケット１４に接続される。
【００４５】
メカニカルシールリング４は、そのシール表面５により、図１には不図示の相手側リングと共に、水またはガスなどの流体を運ぶチャネル１を封止する。
【００４６】
図２は、本発明によるメカニカルシールの使用例を示す。これは、静止センサ１３がブラケット１４における半径方向内側に向く表面に接続され、特に接着されていることを除いて、大部分が図１に示すようなデザインに対応する。
【００４７】
図２に示すような回転ユニオンでは、ハウジング６は、ねじれを防止するように静止構成要素２に挿入される。この目的で、フランジ６．２は、静止構成要素２内で貫通孔１０を通してねじで留められるか、またはピンで留められる。
【００４８】
ハウジング６はやはり、静止構成要素２の内壁１９に対して半径方向内側で寄りかかる周方向部分６．１を含む。静止構成要素２はまた、静止センサ１３と共にブラケット１４を収容する凹部２０を有する。位置センサ１１を形成するため、静止センサ１３は次に、磁石１８の形態で設計されかつメカニカルシールリング４の半径方向ボア１７に挿入されるエンコーダー１２に、開口部２４を介して面する。メカニカルシールリング４のシール表面５を相手側リング２５に押し付けかつハウジング基部６．３上に支持されるバネ要素２３も示され、図１からの対応する参照符号が、対応する構成要素にも使用されている。
【００４９】
相手側リング２５は、静止構成要素２内で少なくとも１つの軸受２６によって支持されかつチャネル１を囲む回転構成要素３の一部である。チャネル１はまた、矢印で示すように静止構成要素２を通って、例えば静止構成要素２の入口または出口を通って、延びる。
【００５０】
漏出物が、破線の矢印で示すように、シール表面５を介して、すなわちメカニカルシールリング４と相手側リング２５との間を逃げると、静止構成要素２の漏出チャネル２１を通って排出される。図示の例示的な実施形態では、このような漏出チャネル２１はまた、静止センサ１３の少なくとも１つの接続ケーブル１６を静止構成要素２から外に導くのに役立つ。
【００５１】
フランジ６．２を通して、静止センサ１３の側から、軸方向において離れる方を向く漏出チャネル２１の側まで接続ケーブル１６を導くために、少なくとも１つの開口部、特に長手方向溝が、フランジ６．２に設けられ得、長手方向溝を通って接続ケーブル１６が導かれる。いくつかのこのような長手方向溝１５を図３で見ることができ、図３は、ハウジング６のいわゆる開口側、すなわちシール表面５の側の正面図を示す。やはり、対応する参照符号が、図１および図２の参照符号に対応している、対応する構成要素に使用されている。
【００５２】
例えば、ハウジング６は、周方向部分６．１と、フランジ６．２と、ハウジング底部６．３と、を含む。フランジ６．２は、半径方向内側に向く突出部７と、半径方向外側に向く突出部９と、を有する。半径方向外側に向く突出部９には、貫通孔１０がフランジ６．２の非回転接続のために設けられる。
【００５３】
さらに、図３は、ブラケット１４が挿入されてブラケット１４を固定し得る開口部を示す。これらの開口部に加えて、ここでは、接線方向に延びる長手方向溝１５が、静止センサの接続ケーブルのために設けられている。
【００５４】
図示の例示的な実施形態では、それぞれブラケット１４のための３つの開口部と、３つの長手方向溝１５と、がある。これにより、静止センサの適切な位置の選択が可能になる。複数の静止センサもそれに応じて使用され得ることが理解される。
【００５５】
図３に従って設計されると、フランジ６．２またはフランジ６．２における半径方向外側に向く突出部９は、センタリング孔２７を有し、これらセンタリング孔２７は、フランジ６．２が材料接着で周方向部分６．１に接続される前、および／またはその間に、フランジ６．２を周方向部分６．１上でセンタリングするのに役立つ。同時に、これらのセンタリング孔２７は、ハウジング６が収容される構成要素内でハウジング６をセンタリングするのにも使用され得る。
【００５６】
図３に示す例示的な実施形態では、ハウジング６は、半径方向内側に向く突出部２８も有し、これら突出部２８は、メカニカルシールリングの対応する凹部に係合して、メカニカルシールリングがハウジング６に対して周方向に回転するのを防ぐ。
【００５７】
例示的な実施形態に示すように、特に溶接によって、周方向部分６．１に材料接着されたフランジ６．２の代わりに、フランジ６．２は、ハウジング６を周方向部分６．１上で形成することによって製造されてもよい。例えば、ハウジング６は、その開口端部において、最初は内側に、次に外側に、またはこの逆に屈曲されて、半径方向内側に向く突出部７と、半径方向外側に向く突出部９と、を形成することができる。
【００５８】
図４〜図６に示す実施形態では、メカニカルシールのハウジング６は、チャネル１を囲む、静止構成要素２、または静止構成要素２の一部も形成する。例えば、周方向部分６．１は、チャネル１を通過する媒体のための入口または出口の形態の接続部３１を有する。例えば、流体ホース（または媒体ホース）のための接続ねじ山が、接続部３１のために設けられ得る。
【００５９】
図４〜図６に示す実施形態では、周方向部分６．１は、特に半径方向に整列される接続部３１を挿入することを可能にするために、ハウジング基部６．３を越えてメカニカルシールの回転軸の方向に延ばされる。端面上では、チャネル１はカバー３２によって閉じられ、カバーは、完全に閉じられて設計されるか、またはオプションとして、さらにもしくは代わりに流体のための接続部３１を形成することができる。
【００６０】
先の例示的な実施形態と同じように、バネ要素２３は、ハウジング基部６．３上に支持されて、メカニカルシールリング４のシール表面５を相手側リング２５に押し付ける。
【００６１】
相手側リング２５は、軸受２６、ここではころ軸受によって軸受ハウジング３０に装着される回転構成要素３と共に回転する。周方向部分６．１と一体に設計されるかまたは材料接着によって周方向部分６．１に接続される、メカニカルシールのハウジング６のフランジ６．２は、軸受ハウジング３０に回転不能に接続される。図示の例示的な実施形態では、フランジ６．２は、軸受ハウジング３０の対応する軸方向溝３３内に係合する半径方向突出部２９を有する。フランジ６．２は、例えば、スナップリングとして設計され得るサークリップ３５によって、軸方向に固定される。
【００６２】
図示の例示的な実施形態では、ナット３４が回転構成要素３上にねじで留められる。しかしながら、これは必須ではない。
【００６３】
これは詳細には図示されていないが、ハウジング６は、図１〜図３によるデザインで示すような、好適な実施形態による位置センサの静止センサを保持する。したがって、フランジ６．２は、図３の例示に従って設計され得、特に半径方向突出部２９がさらに設けられ、必要に応じて貫通孔１０が省略される。
【００６４】
図７に従って設計されると、フランジ６．２は、相手側リング２５の、よって回転構成要素３の速度を検出するために相手側リング２５のエンコーダー３７と協働する速度センサ３６を、さらなるブラケット１４によって、静止センサ１３から離れる方を向く側に保持する。速度センサ３６のためのブラケット１４は、例えば、静止センサ１３のためのブラケット１４と同じようにフランジ６．２上に装着され得る。あるいは、一体的に設計された、静止センサ１３および速度センサ３６のための２つのブラケット１４を、例えばフランジ６．２を押し通される金属薄板部品として有することも可能である。
【００６５】
図８は、図４〜図６のうちの１つと類似していて、さらに速度センサ３６も備えた、さらなる例示的な実施形態を示し、速度センサは、相手側リング２５のエンコーダー３７と相互作用して、相手側リング２５または回転構成要素３の速度を検出する。
【符号の説明】
【００６６】
１  チャネル
２  静止構成要素
３  回転構成要素
４  メカニカルシールリング
５  シール表面
６  ハウジング
６．１  周方向部分
６．２  フランジ
６．３  ハウジング基部
７  半径方向内側に向く突出部
８  停止表面
９  半径方向外側に向く突出部
１０  貫通孔
１１  位置センサ
１２  エンコーダー
１３  静止センサ
１４  ブラケット
１５  長手方向溝
１６  接続ケーブル
１７  半径方向ボア
１８  磁石
１９  内壁
２０  凹部
２１  漏出チャネル
２２  シール
２３  バネ要素
２４  開口部
２５  相手側リング
２６  軸受
２７  センタリング孔
２８  突出部
２９  半径方向突出部
３０  軸受ハウジング
３１  接続部
３２  カバー
３３  軸方向溝
３４  ナット
３５  サークリップ
３６  速度センサ
３７  エンコーダー
【図１】
2022501550.tif 000003
【図２】
2022501550.tif 000004
【図３】
2022501550.tif 000005
【図４】
2022501550.tif 000006
【図５】
2022501550.tif 000007
【図６】
2022501550.tif 000008
【図７】
2022501550.tif 000009
【図８】
2022501550.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年7月10日(2020.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境から、静止構成要素（２）および／または回転構成要素（３）内を延びる少なくとも１つの流体運搬チャネル（１）および／または空間を封止するためのメカニカルシールであって、
相手側リング（２５）に接して軸方向に封止するように支持されたメカニカルシールリング（４）であって、前記メカニカルシールリング（４）の端部のシール表面（５）上または相手側の面上の摩耗を補償するために、前記シール表面（５）が前記相手側リング（２５）に接した状態で弾性的にかつ軸方向に移動可能に支持される、メカニカルシールリング（４）と、
軸方向において前記メカニカルシールリング（４）を移動可能に収容し、周辺方向において周方向部分（６．１）で前記メカニカルシールリング（４）を囲む、ハウジング（６）と、
を有し、
前記ハウジング（６）は、軸方向において前記周方向部分（６．１）に隣接するフランジ（６．２）を有し、前記フランジ（６．２）は、前記周方向部分（６．１）と一体的に設計されるか、または、材料接着で前記周方向部分（６．１）に接続され、前記フランジ（６．２）は、少なくとも１つの半径方向内側に向く突出部（７）を形成し、前記メカニカルシールリング（４）は、軸方向において前記半径方向内側に向く突出部（７）に向かい合う停止面（８）を含み、前記停止面（８）により、前記メカニカルシールリング（４）は、軸方向における前記ハウジングから出る方向への最大許容移動中に前記突出部（７）にぶつかり、
前記フランジ（６．２）は、少なくとも１つの半径方向外側に向く突出部（９）を形成し、前記半径方向外側に向く突出部（９）によって、前記フランジ（６．２）は、前記ハウジング（６）を受容する前記２つの構成要素（２、３）のうちの一方に回転不能に接続され得るか、または接続されることを特徴とする、メカニカルシール。
【請求項２】
前記フランジ（６．２）は、環状であり、特に平坦であり、前記周方向部分（６．１）を越えて半径方向内側および半径方向外側に突出することを特徴とする、請求項１に記載のメカニカルシール。
【請求項３】
前記メカニカルシールリング（４）は、特にアンダーカットによって、前記ハウジング（６）内に回転不能に保持されることを特徴とする、請求項１または２に記載のメカニカルシール。
【請求項４】
前記フランジ（６．２）は、前記フランジ（６．２）を前記構成要素（２、３）に回転不能に接続するために半径方向凹部および／または半径方向突出部（２９）を有し、前記半径方向凹部および／または突出部は、周辺部にわたって分配されて配置され、周方向に並んで位置付けられることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のメカニカルシール。
【請求項５】
前記フランジ（６．２）は、貫通孔（１０）を有し、前記貫通孔（１０）は、前記フランジ（６．２）を前記構成要素（２、３）に回転不能に接続するために、周辺部にわたって分配され、周方向に並んで位置付けら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メカニカルシール。
【請求項６】
前記ハウジング（６）は金属薄板で作られ、前記フランジ（６．２）は、特に前記周方向部分（６．１）に溶接されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のメカニカルシール。
【請求項７】
前記フランジ（６．２）は、前記回転構成要素（３）を支持するための、軸受（２６）、特にころ軸受を受容する軸受ハウジング（３０）に回転不能に接続されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のメカニカルシール。
【請求項８】
前記メカニカルシールは、軸方向における前記メカニカルシールリング（４）の位置を検出するための位置センサ（１１）を有し、前記位置センサ（１１）は、前記メカニカルシールリング（４）に固定されかつ前記メカニカルシールリング（４）と共に軸方向に移動するエンコーダー（１２）を有し、前記周方向部分（６．１）の半径方向外側に位置付けられかつ軸方向における前記エンコーダー（１２）の位置を検出する静止センサ（１３）を有し、前記静止センサ（１３）は、前記周方向部分（６．１）によって、および／または前記フランジ（６．２）によって、支持され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メカニカルシール。
【請求項９】
前記フランジ（６．２）は、軸方向に、かつ周方向、接線方向、または斜方向に外側に延びるブラケット（１４）を有し、前記ブラケット（１４）は、特に、前記フランジ（６．２）に溶接された金属薄板ストリップとして設計され、前記ブラケット（１４）は、前記周方向部分（６．１）から距離を置いて位置付けられ、特に前記周方向部分（６．１）に面する表面上に、前記静止センサ（１３）を保持することを特徴とする、請求項８に記載のメカニカルシール。
【請求項１０】
前記フランジ（６．２）は、前記フランジ（６．２）を貫通する少なくとも１つの長手方向溝（１５）を有し、前記長手方向溝（１５）は、特に接線方向、斜方向に外側に、または周方向に延び、前記静止センサ（１３）の少なくとも１つの接続ケーブル（１６）を収容することを特徴とする、請求項８または９に記載のメカニカルシール。
【請求項１１】
前記エンコーダー（１２）は、前記メカニカルシールリング（４）の半径方向ボア（１７）に挿入され、特に、半径方向外側において、前記メカニカルシールリング（４）と面一であることを特徴とする、請求項８から１０のいずれか一項に記載のメカニカルシール。
【請求項１２】
前記エンコーダー（１２）は、少なくとも１つの磁石（１８）を含むか、または前記少なくとも１つの磁石（１８）によって形成され、前記静止センサ（１３）は、軸方向における前記磁石（１８）の位置を検出するホールセンサとして設計されることを特徴とする、請求項８から１１のいずれか一項に記載のメカニカルシール。
【請求項１３】
前記ハウジング（６）は、前記シール表面（５）から離れる方を向く前記メカニカルシールリング（４）の端面に対向するハウジング基部（６．３）を有し、前記メカニカルシールリング（４）は、前記端面と前記ハウジング基部（６．３）との間のバネ要素（２３）によって、特に波形バネによって、前記ハウジング基部（６．３）上で弾性的に支持され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メカニカルシール。
【請求項１４】
前記フランジ（６．２）は、前記回転構成要素（３）内、特に前記相手側リング（２５）内のエンコーダー（３７）と協働する速度センサ（３６）を保持す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メカニカルシール。
【請求項１５】
回転ユニオンであって、静止構成要素（２）および回転構成要素（３）と、請求項１から１４のいずれか一項に記載のメカニカルシールで封止され、前記静止構成要素（２）および前記回転構成要素（３）内を延びるチャネル（１）と、を有し、前記フランジ（６．２）は、前記静止構成要素（２）または前記回転構成要素（３）に回転不能に接続される、回転ユニオン。
【請求項１６】
請求項８から１４のいずれか一項に記載のメカニカルシールリング（４）を有し、前記フランジ（６．２）は、前記静止構成要素（２）に回転不能に接続され、前記静止構成要素（２）は内壁（１９）を有し、前記内壁（１９）は、特に軸受のように、前記ハウジング（６）の前記周方向部分（６．１）を取り囲み、前記内壁（１９）に、少なくとも周方向において制限された凹部（２０）が設けられ、前記凹部（２０）は、前記静止センサ（１３）を収容するように配置され寸法決めされることを特徴とする、請求項１５に記載の回転ユニオン。
【請求項１７】
特にボアの形態の、少なくとも１つの漏出チャネル（２１）が、前記静止構成要素（２）に設けられ、前記漏出チャネル（２１）は、前記メカニカルシールリング（４）を通過する流体を前記静止構成要素（２）から排出し、前記静止センサ（１３）の少なくとも１つの接続ケーブル（１６）は、前記漏出チャネル（２１）を通ってガイドされ、特に前記静止センサ（１３）から出発する前記接続ケーブル（１６）は、前記長手方向溝（１５）を通って予めガイドされることを特徴とする、請求項１６に記載の回転ユニオン。
【国際調査報告】
2022501550.tif 000011
2022501550.tif 000012
2022501550.tif 000013
2022501550.tif 000014
2022501550.tif 000015