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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Drehwellendichtung, die in einem
Kompressor für
eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mit Fluid unter hohem Druck
eingesetzt wird, und die eine Drehwelle mit hoher Drehzahl aufweist.
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Als
herkömmliche
Drehwellendichtung zum Abdichten des Fluids unter hohem Druck ist
eine Wellendichtung bekannt, wie sie in 4 gezeigt
ist. Diese Drehwellendichtung ist zwischen einem Gehäuse 6 eines
Kompressors und einer Drehwelle 7 zum Abdichten von Fluid
in einer Fluidaufbewahrungskammer 8 angeordnet.
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Bei
der Konstruktion der Drehwellendichtung sind ein Dichtungsteil 2,
das aus Gummi besteht, das an einem äußeren Gehäuse 34 anhaftet, und
ein Dichtungselement 3, das aus Harz besteht (speziell aus
PTFE), das ausgenommene Nuten 7 aufweist, mit einem inneren
Gehäuse 5 in
dem äußeren Gehäuse 4 durch
Wördeln
verbunden.
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Das
Dichtungsteil 2 aus Gummi weist einen Lippenendabschnitt 22 auf,
dessen Durchmesser allmählich
zur Seite der Fluidaufbewahrungskammer 8 abnimmt, wobei
ein Gleitspitzenabschnitt 26 des Lippenendabschnitts 22 zur
Abdichtung mit der Drehwelle 7 in Berührung steht. Daher wird, wenn
die Drehwelle 7 ortsfest ist, das Fluid vollständig durch den
Druck der Fluidaufbewahrungskammer 8 abgedichtet, und durch
die elastische Kraft des Lippenendabschnitts 22 selbst.
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Ein
derartiges Dichtungsteil ist in der US-Patentanmeldung Nr. 5 860
656 beschrieben, welche den nächstkommenden
Stand der Technik darstellt. Hierbei ist weiterhin eine erste Dichtungslippe
eines ersten Dichtungselements vorgesehen, ähnlich dem Dichtungsteil 2,
und ein zweites Dichtungsteil, auf der Dichtungslippe, bei welcher
Nuten vorgesehen sind.
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Weiterhin
wird, wenn sich die Drehwelle 7 dreht, selbst dann, wenn
ein Leck von einer Grenzfläche
zwischen dem Gleitspitzenabschnitt 26 des Lippenendabschnitts 22 und
der Drehwelle 7 nach außen 9 auftritt, die
Berührungsfläche der
Drehwellendichtung mit der Umfangsoberfläche der Drehwelle 7 klein
ausgebildet, infolge der ausgenommenen Nuten 31, die auf
dem Dichtungselement 3 vorgesehen sind, wird der Berührungsdruck
zwischen den Nuten hoch, um eine enge Abdichtung zu erzielen, drückt der
hydrodynamische Effekt der ausgenommenen Nuten 31 das Fluid
zurück,
das nach außen 9 ausgetreten
ist, und kann die gesamte Drehwellendichtung 1 das Fluid
unter hohem Druck abdichten.
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Weiterhin
ist im Allgemeinen der Gleitspitzenabschnitt 26 des Lippenendabschnitts 22,
um eine gute Abdichtung zu erzielen, so ausgebildet, dass das Dichtungsteil 2 aus
Gummi ausgebildet ist, oder nach dem Ausformen geschnitten wird.
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Allerdings
weisen einige Kühlmittel
einen höheren
Druck auf als herkömmliche
Kühlmittel,
und ist die Drehfrequenz der Drehwelle 7 bei der jüngsten Entwicklung
von Kompressoren bei Klimaanlagen bei Kraftfahrzeugen angestiegen.
Wenn die herkömmliche
Drehwellendichtung 1, die voranstehend geschildert wurde,
bei dem weiterentwickelten Kompressor eingesetzt wird, erzeugen
der Gleitspitzenabschnitt 26 des Dichtungsteils 2 aus
Gummi und die Gleitoberfläche
des Dichtungselements mehr Wärme
als bei herkömmlichen
Dichtungen, da das Dichtungsteil 2 aus Gummi an die Seite
der Drehwelle 7 angedrückt
wird, und das Dichtungsteil 3 auch an die Umfangsoberfläche der
Drehwelle 7 angedrückt
wird. Daher wird die Standfestigkeit der Drehwellendichtung 1 wesentlich
durch die Wärme
verringert, die durch Spalte hervorgerufen wird, die auf dem Lippenendabschnitt 22 des
Dichtungsteils 2 aus Gummi hervorgerufen wird, durch Schlammablagerung
des abgedichteten Fluids, und durch erhöhten Abrieb des Dichtungsteils 2 aus
Gummi und des Dichtungselements 3.
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Obwohl
Wärme leicht
durch erhöhte
Reibung hervorgerufen wird, die durch verringerte Schmierung des
Fluids hervorgerufen wird, da der Kontaktdruck des Gleitspitzenabschnitts 26 groß wird,
wenn der Gleitspitzenabschnitt 26 durch Schneiden nach dem
Ausformen des Dichtungsteils 2 ausgebildet wird, wird das
Ausmaß der
Wärme durch
verringerte Reibung infolge Schmierung des Fluids verringert, wobei
das Ausmaß der
Wärme höher ist
als bei dem durch Schneidbearbeitung fertiggestellten Gleitspitzenabschnitts 26,
wenn der Gleitspitzenabschnitt 26 nicht durch Schneidbearbeitung
fertiggestellt wird.
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Weiterhin
wird die Anziehkraft (die Befestigungskraft an der Drehwelle 7)
klein ausgewählt,
und kann der Berührungsdruck
auf die Drehwelle 7 dadurch verringert werden, dass das
Dichtungselement 3 dünn
ausgebildet wird, und hier durch das Ausmaß der Wärme verringert wird.
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Selbst
wenn das Dichtungsteil 2 aus Gummi, das ohne Schneidbearbeitung
ausgeformt wird, eingesetzt wird, neigen trotz der Tatsache, dass
der Querschnitt einer Form entsprechend dem Gleitspitzenabschnitt 26 als
spitzwinkliges Dreieck ausgebildet wird, um den Gleitspitzenabschnitt 26 relativ
spitz auszubilden, Fremdkörper
wie beispielsweise Blasen und Verunreinigungen dazu, in dem konvexen
Abschnitt angesammelt zu werden, wobei der Gleitspitzenabschnitt 26 nicht
spitz ausgebildet ist, und ein Ausbildungsdefekt des Dichtungsteils 2 aus
Gummi hierdurch hervorgerufen wird. Weiterhin kann, in Abhängigkeit
von der Ansammlung von Fremdkörpern, der
Formauswaschvorgang des Dichtungsteils 2 nach dem Formvorgang
schwierig werden.
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Bei
der herkömmlichen
Drehwellendichtung 1, die an der Drehwelle 7 angebracht
ist, ist das Dichtungselement 3 zur Seite der Fluidaufbewahrungskammer 8 abgebogen,
und ist die Andruckkraft des Dichtungselements 3 zur Drehwelle 7 hin
stark auf der Seite eines Innenumfangsrandabschnitts 33 des Dichtungselements 3,
und schwach auf der Seite eines abgebogenen unteren Abschnitts 34.
Daher wird der Dichtungsoberflächendruck
einer Gleitoberfläche 32 schwach
auf der Seite des abgebogenen unteren Abschnitts 34, wird
keine ausreichende Dichtungswirkung der ausgenommenen Nut 31 in
der Nähe
des abgebogenen unteren Abschnitts 34 erzielt, und kann
der erwartete hydrodynamische Effekt überhaupt nicht auf sämtliche
ausgenommenen Nuten 31 einwirken.
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Bei
der Drehwelle 7 mit höherem
Druck und höherer
Drehzahl als bei der herkömmlichen
Dichtung wird darüber
hinaus die Gleitoberfläche 32 des Dichtungselements 3 leicht
verschlissen, wird ein ausreichender hydrodynamischer Effekt nicht
bei wenig tiefen, ausgenommenen Nuten 31 erzielt, und kann
der Dichtungseffekt des Dichtungselements 3 beeinträchtigt werden.
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Weiterhin
kann, während
das Dichtungselement 3 auch die Rolle aufweist, das Eindringen
von Außenluft
von der Außenseite 9 zu
verhindern, da die Außenseite 9 einen
relativ hohen Druck aufweist, wenn sich die Fluidaufbewahrungskammer 8 unter Vakuum
befindet, der Dichtungseffekt unter Vakuum dadurch beeinträchtigt werden,
dass eine Anzugskraft verringert wird, nämlich die Befestigungskraft
an der Drehwelle 7, was dann auftritt, wenn das Dichtungselement 3 dünn ausgebildet
wird.
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Daher
besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung
einer Drehwellendichtung, entsprechend einer hohen Drehzahl der
Drehwelle und einem hohen Druck der Kühlmedien, mit welcher die Dichtungsfähigkeit
des Dichtungselements stabilisiert wird, ein Verschleiß des Dichtungselements
und des Lippenendabschnitts verringert wird, und die Standfähigkeit
der Dichtung hervorragend wird.
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Dieses
Ziel wird gemäß der vorliegenden
Erfindung durch eine Drehwellendichtung erreicht, welche die Merkmale
des Patentanspruchs 1, 2 oder 3 aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in welchen:
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1A eine
Längsquerschnittsansicht
einer Drehwellendichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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1B eine
Längsquerschnittsansicht
der Drehwellendichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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2 eine
vergrößerte Querschnittsansicht eines
Lippenabschnitts der Drehwellendichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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3 die Verteilung eines Berührungsdrucks
eines Gleitspitzenabschnitts einer herkömmlichen Wellendichtung zeigt;
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3B die
Verteilung des Berührungsdrucks
eines Gleitspitzenabschnitts gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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4 eine
Längsquerschnittsansicht
einer herkömmlichen
Drehwellendichtung ist;
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5A ein
Diagramm ist, welches Versuchsergebnisse der Drehwellendichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und
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5B ein
Diagramm ist, welches Versuchsergebnisse der Drehwellendichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt eine Drehwellendichtung 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung, die bei einem Luftkompressor einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge eingesetzt
wird, wobei ein Hochdruck-Kühlmedium auf
die Seite einer Fluidaufbewahrungskammer 8 einwirkt. In 1B ist
ein Dichtungselement dünn ausgebildet,
und sind die übrigen
Teile ebenso wie in 1A.
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Die
Drehwellendichtung 1 ist zwischen einem Gehäuse 6,
beispielsweise dem Gehäuse
des Kompressors, und einer Drehwelle 7 angeordnet, und
wird zur Abdichtung von Fluiden eingesetzt, die Flüssigkeiten
und Gase umfassen, beispielsweise Hochdruck-Kühlmedien.
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Konkret
besteht, wie in 1 gezeigt, die Drehwellendichtung 1 aus
einem äußeren Gehäuse 4,
das innere Randabschnitte 41 und 42 aufweist,
einem aus Gummi bestehenden Dichtungsteil 2, das an einer
Umfangsoberfläche
eines Zylinderabschnitts 43 des äußeren Gehäuses 4 angebracht
ist, und an beiden Oberflächen
des inneren Randabschnitts 41 durch Haftung (einschließlich Schweißen und
Wärmeverbindung),
und damit vereinigt ist, und aus einem Dichtungselement 3,
welches ausgenommene Nuten 31 aufweist, und aus einem inneren
Gehäuse 5.
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Das
Dichtungsteil 2 aus Gummi besteht aus einem zylindrischen
Abdeckabschnitt 23, dessen Umfangsoberfläche wellenförmig frei
gewählt
ausgebildet ist, um einen Dichtungseffekt durch die elastische Kraft
zu erzielen, die auf eine Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 6 einwirkt, einem
inneren Randabdeckungsabschnitt 24, dessen Querschnitt U-förmig ist,
und der beide Seiten des inneren Randabschnitts 41 auf
der Seite der Fluidaufbewahrungskammer 8 abdeckt, einem
Abschnitt 27 und einem Lippenabschnitt 21, der
gegenüber
einer Innenumfangsseite des inneren Randabdeckungsabschnitts 24 zur
Seite der Fluidaufbewahrungskammer 8 vorsteht, und einem
kleinen, vorstehenden Abschnitt 25, der im freien Zustand
konvex ist, und das Dichtungselement 3 an der Außenseite 9 des
inneren Randabdeckungsabschnitts 24 berührt, um einen Dichtungseffekt
durch eine elastische Kraft zu erzielen.
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Der
Abschnitt 27 erweitert sich in seinem Durchmesser allmählich von
einem gebogenen, unteren Abschnitt 24a der Unterseite des
inneren Randabdeckungsabschnitts 24 in 1 zur
Seite der Fluidaufbewahrungskammer 8, mit annähernd der gleichen
Wanddicke. Der Abschnitt 27, der sich nicht im freien Zustand
erstrecken muss, bevor die Drehwellendichtung 1 an der
Drehwelle 7 angebracht wird, kann jedoch parallel zur Drehwelle 7 verlaufen, oder
sich geringförmig
in dem freigesetzten Zustand erstrecken. Bei der in 1 gezeigten
Ausführungsform
ist es zwar vorzuziehen, dass der gesamte Abschnitt 27 sich
mit einem Schrägstellwinkel 24b erstreckt,
der gegenüber
einer Seitenendoberfläche der
Fluidaufbewahrungskammer 8 des inneren Randabdeckungsabschnitts 24 verläuft, und
einer Umfangsseitenoberfläche
des Abschnitts 27, und kleiner als 90° ist, jedoch kann der Abschnitt 27 annähernd parallel
zur Drehwelle 7 in der Nähe des abgebogenen, unteren
Abschnitts 24a verlaufen (wobei der Schrägstellwinkel 24b gleich
90° ist),
und sich in einem mittleren Abschnitt des kurzen Zylinderabschnitts 27 erstrecken.
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Weiterhin
berührt
der gebogene, untere Abschnitt 24a einen abgebogenen Fußabschnitt 34 des Dichtungselements 3 im
freien Zustand, und ist so ausgebildet, dass er im Presssitz beim
Zusammenbau in den abgebogenen Fußabschnitt 34 eingepasst wird.
Der abgebogene, untere Abschnitt 24a, abhängig vom
Berührungsdruck
des abgebogenen Fußabschnitts 34,
kann je nach Erfordernis für
den Presssitz abgeändert
werden.
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Der
Lippenabschnitt 21 besteht aus einem Lippenendabschnitt 22,
dessen Durchmesser sich allmählich
von dem Abschnitt 27 zur Seite der Fluidaufbewahrungskammer 8 verringert,
und aus einem Gleitspitzenabschnitt 26, der auf einer Umfangsoberfläche der
Drehwelle 7 gleitet. Der gleitende Spitzenabschnitt 26 weist
eine bogenförmige
Querschnittsform auf, wobei der Bogenabschnitt die Umfangsoberfläche der
Drehwelle 7 beim Zusammenbau berührt.
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Weiterhin
ist, wie in 2 gezeigt, die den Lippenabschnitt 21 vergrößert darstellt,
der Gleitspitzenabschnitt 26, der den bogenförmigen Querschnitt aufweist,
entsprechend dem Bogen eines Kreises (mit einer gestrichelten Linie
dargestellt) mit dem Radius R, dessen Zentrum ein Punkt O in dem
Lippenendabschnitt 22 darstellt, so ausgebildet, dass der Bogen
und eine Endoberfläche 28 und
eine innenseitige Oberfläche 29 glatt
verbunden werden. Der Radius R ist vorzugsweise so gewählt, dass
er größer oder
gleich als 0,1 mm ist. Weiterhin ist es vorzuziehen, dass der Radius
R größer oder
gleich 0,15 mm ist. Befindet sich der Radius R in diesen Bereichen, so
kann das ausgeformte Dichtungsteil 2 aus Gummi ohne Schneidbearbeitung
eingesetzt werden, und ohne Formfehler, hervorgerufen durch Fremdkörper in
einem Teil der Form zur Ausbildung des Gleitspitzenabschnitts.
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Weiterhin
wird das in 1 dargestellte Dichtungselement 3 aus
einem Harz wie beispielsweise PTFE als flacher Ring ausgeformt,
bevor es an der Drehwelle 7 angebracht wird, also im freien
Zustand.
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Wie
in 1 gezeigt, ist darüber hinaus
ein Innenumfangsrandabschnitt 33 zur Seite der Fluidaufbewahrungskammer 8 gekrümmt ausgebildet,
um die Umfangsoberfläche
der Drehwelle 7 mit einer bestimmten Breite zu berühren, damit
eine Gleitoberfläche 32 ausgebildet
wird, und berührt
der Innenumfangsrandabschnitt 33 die innenseitige Oberfläche 29 des
Dichtungsteils 2 aus Gummi. Der Lippenabschnitt 21 ist
elastisch verlängert,
und der gesamte Abschnitt 27 ist verlängert, mit im Wesentlichen gleichmäßiger Schrägstellung
durch Berührung
des Innenumfangsrandabschnitts 33 mit der innenseitigen
Oberfläche 29.
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In 1B ist
das Dichtungselement 3 so ausgebildet, dass es dünn ist,
um einen Spalt mit einem dreieckigen Querschnitt auszubilden, der
durch die innenseitige Oberfläche 29 des
Dichtungsteils 2 und die Umfangsoberfläche der Drehwelle 7 und
dem Innenumfangsrandabschnitt 33 des Dichtungselements
ausgebildet wird, und zwar so, dass dieser klein ist. Selbst wenn
der Lippenendabschnitt den Druck des Fluids aufnimmt, ist daher
die Ausbildung des Lippenendabschnitts stabil, da der Innenumfangsrandabschnitt 33 das
vordere Ende der innenseitigen Oberfläche 29 berühren kann.
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Weiterhin
ist die ausgenommene Nut 31 auf der Gleitoberfläche 32 vorgesehen,
welche die Umfangsoberfläche
der Drehwelle 7 berührt.
Die ausgenommene Nut 31 besteht aus mehreren, koaxialen Kreisen,
deren Zentrum das Zentrum des flachen Dichtungselements 3 im
freien Zustand ist, oder aus einer spiralförmigen Nut, deren Achse das
Zentrum des Dichtungselements 3 bildet.
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Die
ausgenommene Nut 31 wird auf einer Drehbank hergestellt,
so dass sie schräg
gegenüber der
Gleitoberfläche 32 zur
Außenseite 9 verläuft, durch
ein Schneidwerkzeug, oder sich geradlinig von der Gleitoberfläche 32 in
Richtung des Durchmessers ohne Schrägstellung erstreckt.
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Weiterhin
ist vorzuziehen, dass der Querschnitt der ausgenommenen Nut 31,
die in der Nähe der
Außenseite 9 vorgesehen
ist, weiter geöffnet
ist als auf der Seite der Fluidaufbewahrungskammer 8, wie
in 1 gezeigt ist. Daher ist es vorzuziehen, dass
sämtliche
ausgenommenen Nuten 31 in dem Dichtungselement 3 im
freien Zustand geschlossen sind, und die ausgenommene Nut 31 auf
der Seite der Fluidaufbewahrungskammer 8 geschlossen ist, und
die ausgenommenen Nuten 31 aufeinanderfolgend von der Fluidaufbewahrungskammer 8 zur
Außenseite 9 im
angebrachten Zustand an der Drehwelle 7 geöffnet sind.
Selbst wenn sämtliche
ausgenommene Nuten 31 im freien Zustand geöffnet sind,
können
die ausgenommenen Nuten 31 so ausgebildet sein, dass sie
sich hintereinander öffnen,
von der Fluidaufbewahrungskammer 8 zur Außenseite 9 hin
im angebrachten Zustand. Allerdings wird eine Oberflächenspannung,
die nachstehend geschildert wird, um zu verhindern, dass in den
ausgenommenen Nuten 31 verbleibendes Fluid zur Außenseite 9 herausleckt,
bei dieser Anordnung nicht erzielt. Weiterhin hängt die Differenz zwischen
dem offenen Zustand und dem geschlossenen Zustand der ausgenommenen
Nuten 31 im freien Zustand von der Breite der Schneidklinge
ab, welche die ausgenommenen Nuten 31 herstellt.
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Weiterhin
schirmt eine in Umfangsrichtung verlaufende, ebene Oberfläche 36 die
ausgenommenen Nuten 31 so ab, dass verhindert wird, dass
in den ausgenommenen Nuten 31 verbleibendes Fluid zur Außenseite 9 austritt.
Es ist wirksam, die in Umfangsrichtung verlaufende, ebene Oberfläche 36 auf
dem abgebogenen Fußabschnitt 34 des
Dichtungselements 3 anzuordnen, welcher die Andruckkraft
von dem abgebogenen, unteren Abschnitt 24a des Dichtungsteils 2 aufnimmt,
bei dem ein hoher Berührungsdruck
vorhanden ist.
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Als
nächstes
wird die Dichtungsfunktion beschrieben. In 1 wird
in dem Anbringungszustand an der Drehwelle 7 der Dichtungsdruck
verbessert, der auf den gebogenen Fußabschnitt 34 einwirkt,
da der gebogene, untere Abschnitt 24a des Dichtungsteils 2 aus
Gummi auf den gebogenen Fußabschnitt 34 des
Dichtungselements 3 drückt,
zur Seite der Drehwelle 7 hin, wodurch das Eindringen von
Luft von der Außenseite 9 verhindert
wird.
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Wenn
die Fluidaufbewahrungskammer 8 unter Druck gesetzt wird,
drückt
weiterhin der Druck P den Lippenabschnitt 21 und den Abschnitt 27 zur Umfangsoberfläche der
Drehwelle 7, um durch die elastische Kraft des Gummis eine
Abdichtung zu erreichen. Bei der Konstruktion der vorliegenden Erfindung,
wie sie in 1B gezeigt ist, ist der Spalt
mit dreieckigem Querschnitt, der durch die innenseitige Oberfläche 29 des
Lippenabschnitts 21 und dem Innenumfangsrandabschnitt 33 des
Dichtungselements 3 gebildet wird, klein, da das Dichtungselement 3 dünn sein
kann. Eine Verformung, die durch Nachgeben des Lippenendabschnitts 22 des
Dichtungsteils 2 aus Gummi hervorgerufen wird, wird daher
kaum erzeugt, und es wird eine Wärmeerzeugung
verhindert, die durch Berührung
zwischen dem Lippenendabschnitt 22 und der Drehwelle 7 infolge einer
zu großen
Fläche
hervorgerufen wird.
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Obwohl
das Fluid in der Fluidaufbewahrungskammer 8 durch die elastische
Kraft des Gummis abgedichtet wird, wenn die Drehwelle 7 ortsfest ist,
entsteht ein kleines Leck an der Außenseite 9, wenn sich
die Drehwelle 7 dreht, da der Berührungsdruck niedriger ist als
bei herkömmlichen
Dichtungen für
einen R-förmigen
Bogen, der auf dem gleitenden Spitzenabschnitt 26 des Spitzenendabschnitts 22 vorhanden
ist, wie dies in 3 gezeigt ist. Die
Markierung 10 in 3 zeigt
eine Berührungsdruckverteilungslinie.
Je höher
der Berührungsdruck
wird, desto stärker
erstreckt sich die Verteilungslinie darunter. Obwohl eine Neigung
für die
Entstehung eines Lecks bei dem Gleitspitzenabschnitt 26 gemäß der vorliegenden
Erfindung infolge des niedrigen Berührungsdrucks vorhanden ist,
wird die Standfestigkeit des Gleitspitzenabschnitts 26 verbessert,
da das Ausmaß der
Reibung des Gleitspitzenabschnitts 26 infolge von Wärme und
Reibung verringert wird.
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Das
Fluid, das aus dem Gleitspitzenabschnitt 26 ausgetreten
ist, wird durch das Dichtungselement 3 abgedichtet, wobei
der Berührungsdruck auf
die Dichtungsoberfläche
zwischen den ausgenommenen Nuten 31, die auf der Gleitoberfläche 32 des
Dichtungselements 3 vorgesehen sind, die Abdichtung verbessert.
Falls die ausgenommene Nut 31 eine spiralförmige Nut
ist, tritt darüber
hinaus das Fluid nicht zur Außenseite 9 aus,
selbst wenn das Fluid in die Nut infolge eines hydrodynamischen
Effekts eintritt, der das Fluid zur Fluidaufbewahrungskammer 8 entsprechend
der Drehung der Drehwelle 7 zurückschickt. Weiterhin wird,
zusätzlich
zur Erhöhung
des Berührungsdrucks
des abgebogenen Fußabschnitts 34,
der Berührungsdruck
der gesamten Gleitoberfläche 32 erhöht, da der
gesamte Innenrandabschnitt 33 des Dichtungselements 3 gegen
die Seite der Drehwelle 7 angedrückt wird, durch den Lippenabschnitt 21 des
Dichtungsteils 2 aus Gummi für das Hochdruckfluid, wobei
ein Abdichtungseffekt der ausgenommenen Nuten 31 bei jeder
der ausgenommenen Nuten 31 erzielt wird, und der hydrodynamische
Effekt ausreichend erzielt wird.
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Weiterhin
wird das Gleitdrehmoment verringert, und die Standfestigkeit des
Dichtungselements 3 verbessert, durch Begrenzung des Abriebs
auf der Gleitoberfläche 32,
der durch Reibungswärme
hervorgerufen wird, die durch die Drehung der Drehwelle 7 erzeugt
wird, da das Fluid, das von dem Gleitspitzenabschnitt 26 austritt,
eine Schmiermittelwirkung auf die Gleitoberfläche 32 des Dichtungselements 3 als
Schmiermittel erzeugt.
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Selbst
wenn das austretende Fluid zur Seite der Fluidaufbewahrungskammer 8 durch
den hydrodynamischen Effekt infolge der Drehung zurückgeschickt
wird, kann das Fluid, das in den ausgenommenen Nuten 31 verbleibt,
zur Außenseite 9 austreten,
wenn die Drehwelle anhält.
Bei einer Anordnung, bei welcher die ausgenommenen Nuten 31 so
ausgebildet sind, dass sie sich an der Seite der Fluidaufbewahrungskammer 8 schließen, und
sich aufeinanderfolgend zur Außenseite 9 hin öffnen, wird
eine Oberflächenspannung
des Fluids in der ausgenommenen Nut 31 von der Außenseite 9 zur
Seite der Fluidaufbewahrungskammer 8 hervorgerufen, und
verhindern Fremdkörper
(beispielsweise Abriebmaterial und kohlenstoffhaltiges Öl) in den
ausgenommenen Nuten 31 wirksam, dass ein Fluidleck auftritt,
selbst im angehaltenen Zustand der Drehwelle 7. Weiterhin schirmt
die ebene Umfangsoberfläche 36,
die von dem abgebogenen Fußabschnitt 34 ausgeht,
die ausgenommenen Nuten 31 ab, wodurch vollständig ein
Leck zur Außenseite 9 verhindert
wird.
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Weiterhin
arbeitet ein Dichtungseffekt gegen ein Fluidleck zwischen dem Gehäuse 6 und
dem Dichtungsteil 2 aus Gummi dadurch, dass der zylindrische
Abdeckabschnitt 23 des Dichtungsteils 2 aus Gummi
wellenförmig
ausgebildet wird, um den Berührungsdruck
auf konvexe Abschnitte der Wellen zu erhöhen, welche die Innenumfangsoberfläche des Gehäuses 6 berühren. Weiterhin
dichtet, ähnlich
wie bei einem Fluidleck zwischen dem Dichtungsteil 2 aus
Gummi und dem Dichtungselement 3, der kleine, vorstehende
Abschnitt 25, welcher das Dichtungselement 3 berührt, wirksam
das Fluid ab.
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Als
nächstes
sind Versuchsergebnisse, die bei der Drehwellendichtung durchgeführt wurden,
die in 1 gezeigt ist, als Beispiel
für die
Beziehung zwischen dem Radius R des Gleitspitzenabschnitts 26 des
Lippenendabschnitts 22 und der Temperatur auf der Gleitoberfläche 32 des
Dichtungselements 3 in 5A dargestellt,
und ist die Beziehung zwischen dem Radius R des Gleitspitzenabschnitts 26 des
Spitzenendabschnitts 22 und dem Ausmaß des Lecks zur Außenseite 9 in 5B dargestellt.
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5A zeigt
die Tendenz, dass die Temperatur (°C) der Gleitoberfläche 32 des
Dichtungselements 3 stark abnimmt, bis der Radius R des
Gleitspitzenabschnitts 26 gleich R = 0,1 mm wird, und stabil
wird um 110 °C
herum, nach einem Bereich zwischen R = 0,1 mm und R = 0,15 mm. Weiter
zeigt 5B, dass das Ausmaß des Lecks
(g/Stunde) zur Außenseite 9 zunimmt,
bis der Radius R des Gleitspitzenabschnitts 26 gleich R
= 0,1 mm wird, und sich, obwohl sich die Leckmenge geringfügig erhöht, entsprechend
der Vergrößerung des
Radius R, kaum ändert,
nach dem Bereich zwischen R = 0,1 mm und R = 0,15 mm. Diese Ergebnisse
zeigen, dass der Radius R des Gleitspitzenabschnitts vorzugsweise
so gewählt
ist, dass er größer ist
als 0,1 mm, und bevorzugter größer ist
als 0,15 mm. Wenn der Radius R groß wird, kann jedoch das Dichtungsteil 2 aus
Gummi keine ausreichenden Dichtungseigenschaften in dem ortsfesten
Zustand der Drehwelle unter einem höheren Druck aufweisen als jenem,
der bei den Messbedingungen der 5A und 5B vorhanden
war. Daher beträgt
der Radius R 0,1 mm bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,15 mm bis 0,3 mm.
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Weiterhin
ist die Dicke des Dichtungselements 3, die herkömmlich etwa
1 mm beträgt,
bei der vorliegenden Ausführungsform
gleich 0,8 mm. Um die Abdichtungsfähigkeit der Drehwellendichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung bzw. einer herkömmlichen
Drehwellendichtung zu überprüfen, wurde
ein Dichtungsversuch über
450 Stunden unter den Bedingungen durchgeführt, bei welchen der Druck 0,1
MPa beträgt,
die Drehzahl der Drehwelle 15.000 Umdrehungen pro Minute beträgt, und
die Fluidtemperatur gleich 80 °C
ist. Es wurde bestätigt,
dass die Drehwellendichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung das Fluid 450 Stunden lang abdichten kann, ohne ein Leck,
wogegen bei der herkömmlichen Drehwellendichtung
ein Leck innerhalb von 310 Stunden auftritt.
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Die
Dicke des Dichtungselements 3 beträgt vorzugsweise 0,5 mm bis
0,8 mm, da der hydrodynamische Effekt nicht ausreichend erzielt
werden kann, wenn die ausgenommene Nut zuwenig tief ist, bei einem übertrieben
dünnen
Dichtungselement 3.
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Zwar
wurde die Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung voranstehend beschrieben, jedoch kann
die Ausführungsform
frei abgeändert
werden, innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung. So kann
beispielsweise der Gleitspitzenabschnitt 26, der bei der
Ausführungsform
mit einem einzigen Kreis versehen ist, mit einer gekrümmten Linie
versehen sein, anders als mit dem Bogen, der aus einem einzigen
Kreis besteht, es sei denn, dass der Gleitspitzenabschnitt 26 einen
spitzen Winkel bildet, der nur durch gerade Linien gebildet wird.
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Falls
die ausgenommenen Nuten 31 unabhängige, koaxiale Kreise bilden,
kann darüber
hinaus die Anzahl der Kreise erhöht
oder verringert werden, und kann der Anordnungsabstand der Nuten
gleichmäßig sein,
oder auch nicht. Falls die Nut 31 eine spiralförmige Nut
ist, kann darüber
hinaus der Abstand der Spirale frei geändert werden, und ist die Tiefe
der ausgenommenen Nut 31 nicht auf eine bestimmte Abmessung
beschränkt.
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Bei
der Drehwellendichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Berührungsdruck
auf den Lippenendabschnitt dadurch verringert, dass der Gleitspitzenabschnitt
des Lippenendabschnitts aus Gummi, der auf der Drehwelle gleitet,
als Bogen ausgeformt ist, und wird ein Fluidleck an der Niederdruckseite
bei der Drehung der Drehwelle stärker
als bei einem herkömmlichen,
ausgeformten, spitzen Lippenendabschnitt hervorgerufen. Allerdings
wirkt sich das ausgetretene Fluid von dem Lippenendabschnitt aus
Gummi auf die Gleitoberfläche
des Dichtungselements als Schmiermittel aus, um die Dichtungsfähigkeit
des Dichtungselements zu verstärken,
und werden die Probleme der Wärmeerzeugung
und des Abriebs, hervorgerufen durch eine Erhöhung des Berührungsdrucks
des Dichtelements, verringert.
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Weiterhin
ist der gleitende Spitzenabschnitt des Lippenendabschnitts annähernd bogenförmig ausgebildet,
beispielsweise R-förmig,
und öffnet
sich zu einem Teil der Form zum Ausformen entsprechend dem gleitenden
Spitzenabschnitt des Lippenendabschnitts, und wird größer als
der spitze Winkel des herkömmlichen
Lippenendabschnitts, so dass sich Fremdkörper, beispielsweise Blasen,
und Verunreinigungen, kaum in diesem Teil ansammeln. Daher kann
das ausgeformte Dichtungsteil aus Gummi ohne Endbearbeitung eingesetzt
werden, werden Herstellungsfehlerprobleme des Lippenendabschnitts
gelöst,
und wird der Herstellungswirkungsgrad verbessert, durch einen einfachen Waschvorgang
bei der Form.
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Weiterhin
kann der Berührungsdruck
auf den gebogenen Fußabschnitt
des Dichtungselements konzentriert werden, da der gebogene, untere
Abschnitt des Dichtungsteils aus Gummi auf den gebogenen Fußabschnitt
des Dichtungselements drückt, so
dass ein Presssitz bei der Drehwelle des Abschnitts erzielt wird,
dessen Durchmesser sich allmählich
erweitert, von dem gebogenen, unteren Abschnitt zur Seite der Fluidaufbewahrungskammer hin,
wenn der gebogene Abschnitt des Dichtungsteils aus Gummi den gebogenen
Fußabschnitt
des Dichtungselements berührt,
und sich ein Spalt zwischen dem verlängerten Zylinderabschnitt des
Dichtungselements und dem Abschnitt des Dichtungsteils aus Gummi
ausbildet. Daher wird das Problem gelöst, das in Bezug auf die Andruckkraft
auftritt, zur Drehachse des Dichtungselements hin, die stark ist
an der Seite des Innenumfangsrandabschnitts, und schwach an der
Seite des gebogenen Fußabschnitts des
Dichtungselements bei herkömmlichen
Wellendichtungen, wird die Dichtungswirkung für alle ausgenommenen Nuten
verbessert, und arbeitet der hydrodynamische Effekt ausreichend.
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Selbst
wenn die Seite der Fluidaufbewahrungskammer unter Vakuum gesetzt
wird, also der Außenbereich
einen relativ hohen Druck aufweist, wird das Fluid unter hohem Druck
(Luft) an der Außenseite
daran gehindert, einzudringen, da der gebogene, untere Abschnitt
des Dichtungsteils aus Gummi den gebogenen Fußabschnitt des Dichtungselements
gegen die Drehwelle andrückt,
um den Druck auf der Dichtungsoberfläche des gebogenen Fußabschnitts
zu erhöhen.
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Weiterhin
arbeitet, wie voranstehend geschildert, das Fluid, das aus dem Dichtungsteil
aus Gummi ausgetreten ist, als Schmiermittel, werden die Probleme
der Wärmeerzeugung
und des Abriebs auf der Gleitoberfläche des Dichtungselements gelöst, und
kann das Dichtungselement selbst dünn ausgebildet werden.
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Infolge
der voranstehend geschilderten Auswirkungen wird das Fluid, das
in die ausgenommene Nut hineingelangt, wirksam dahingehend gehindert, dass
es herausleckt, da der Berührungsdruck
der ebenen Umfangsoberfläche
dadurch erhöht
wird, dass die ebene Oberfläche
in Umfangsrichtung, welche die ausgenommene Nut abschirmt, auf dem
abgebogenen Fußabschnitt
des Dichtungselements in der Nähe
eines Abschnitts unmittelbar unterhalb des abgebogenen, unteren
Abschnitts des Dichtungsteils aus Gummi vorgesehen ist.
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Bei
der Drehwellendichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie voranstehend beschrieben, wird eine Wärmeerzeugung
infolge von Reibung selbst bei höherem
Druck und höherer
Drehzahl als bei herkömmlichen
Dichtungen eingeschränkt,
da der Berührungsdruck
niedriger ist, wenn der Gleitspitzenabschnitt des Dichtungsteils
aus Gummi bogenförmig
ausgebildet ist, anstatt spitzenförmig.
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Obwohl
das Fluid geringförmig
aus dem Gleitspitzenabschnitt des Dichtungsteils aus Gummi zur Erzielung
des niedrigen Berührungsdrucks
austritt, arbeitet das ausgetretene Fluid als Schmiermittel für das Dichtungselement,
um die Wärmeerzeugung einzuschränken, die
durch Reibung und Abrieb des Dichtungselements hervorgerufen wird,
und ist das ausgetretene Fluid auch dazu wirksam, das Gleitdrehmoment
des Dichtungsteils aus Gummi und des Dichtungsteils zu verringern.
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Obwohl
der Dichtungseffekt der ausgenommenen Nut, die auf dem Dichtungselement
vorgesehen ist, nicht ausreichend erhalten wird, infolge des Berührungsdruckes
auf dem abgebogenen Fußabschnitt
bei herkömmlichen
Dichtungen, wird der Berührungsdruck
auf dem abgebogenen Fußabschnitt durch
die Konstruktion gemäß der vorliegenden
Erfindung erhöht,
werden eine Dichtungswirkung und ein hydrodynamischer Effekt ausreichend
in sämtlichen
ausgenommenen Nuten erzielt, und wird hierdurch die Abdichtbarkeit
der Drehwellendichtung verbessert.
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Infolge
der voranstehenden Auswirkungen wird das Eindringen von Außenluft
gestoppt, selbst wenn sich die Fluidaufbewahrungskammer unter Vakuum
befindet, und das Dichtungselement dünn ausgebildet ist, da der
abgebogene, untere Abschnitt den abgebogenen Fußabschnitt zur Drehwelle hin
drückt.
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Weiterhin
ist bei der Form, welche das Dichtungsteil aus Gummi ausbildet,
jenes Teil, welches den gleitenden Spitzenabschnitt ausbildet, nicht
spitz ausgebildet, sondern annähernd
bogenförmig,
wobei sich Fremdkörper
wie Blasen und Verunreinigungen kaum ansammeln, so dass das Problem
der Entstehung eines Fehlers gelöst
wird.