KR20030033964A - 컴플릿 피스톤 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 컴플릿 피스톤에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 컴플릿 피스톤은 커버(1) 및 적어도 하나의 밀봉 립(3)을 갖는 밀봉 링(2)을 포함하며, 상기 커버(1) 및 밀봉 링(2)은 연결되며, -피스톤의 각각의 종단면으로 볼 때- 상기 밀봉 링(2)은 밀봉될 챔버(4)의 방향으로 볼 때 축방향으로 개방되는, 실질적으로는 C 형태의 슬롯(5)으로 형성되며, 상기 커버(1)는 방사 방향으로 연장되는 밀봉 링(2)용 지지 돌출부(6)를 가지며, 상기 지지 돌출부(6)는 방사 방향 경계선(7)을 가지며, 상기 방사 방향 경계선(7)은 피스톤의 축(9)으로부터의 제 1 방사 방향 간격(8)을 가지며, 상기 제 1 방사 방향 간격(8)은 상기 축(9)과 상기 축(9)에 대해 평행하게 뻗어서 상기 슬롯(5)의 방사 방향 중심(12) 내에서 연장되는 가상 평면(11) 간의 제 2 방사 방향 간격(10)과 동일하다.

Description

컴플릿 피스톤 {COMPLETE PISTON}
본 발명은 컴플릿 피스톤에 관한 것이다.
상기와 같은 피스톤은 예컨대 "Simrit Dichtungs- und Schwingungstechnik, Ausgabe 2000", Komplett-Kolben TDuo P, 29페이지에 일반적으로 공지되어 있다. 미리 공지된 컴플릿 피스톤은 강으로 이루어진 커버 및 가황된 밀봉 링을 갖는다. 상기 피스톤의 양 측면은 압력을 받을 수 있고 통합 가이드로 형성되는데, 이때 상기 피스톤은 추가의 밀봉 부재없이 피스톤 로드에 고정될 수 있다. 상기 밀봉 링은 NBR 탄성고무로 이루어지고 대략 72 쇼어 A의 굳기를 갖는다. 상기 피스톤은 압축 공기를 밀봉하는데 사용되고 특히 -20℃ 내지 +100℃의 온도에서 최대 12바아의 압력에서 잘 압축된다.
본 발명의 목적은 종단면으로 볼 때 실질적으로는 C 모양으로 형성되는 밀봉 링이 사용될 수도 있으며 이렇게 형성된 밀봉 링은 대략 120℃의 온도 및 대략 10 바아의 압력을 공급받음에도 불구하고 단지 적은 기계적 부하에 노출됨으로써 긴 사용 기간 동안 내내 양호한 사용 특성을 갖는 방식으로, 서두에 제시된 방식의 컴플릿 피스톤을 개선시키는데 있다.
도 1은 컴플릿 피스톤의 실시예.
도 2는 도 1의 일부 섹션에 대한 확대도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1: 커버2: 밀봉 링
3: 밀봉 립4: 챔버
5: 슬롯6: 지지 돌출부
7: 경계선8: 제 1 방사 방향 간격
9: 피스톤의 축10: 제 2 방사 방향 간격
11: 가상 평면12: 방사 방향 중심
13: 제 1 아아크14: 제 2 아아크
15: 재료 두께16: 슬롯의 반경
17: 제 1 아아크의 반경
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1항의 특징들에 의해 달성된다. 바람직한 실시예들은 종속항에 제시된다.
상기 목적을 해결하기 위해 커버 및 적어도 하나의 밀봉 립을 갖는 밀봉 링을 포함하는 컴플릿 피스톤이 제공되며, 상기 커버 및 밀봉 링은 연결되어 있으며, -피스톤의 각각의 종단면으로 볼 때- 상기 밀봉 링은 밀봉될 챔버의 방향으로 볼 때 축방향으로 개방되는, 실질적으로는 C형태의 슬롯으로 형성되며, 상기 커버는 방사 방향으로 연장되는 밀봉 링용 지지 돌출부를 가지며, 상기 지지 돌출부는 피스톤 축으로부터의 제 1 방사 방향 간격을 갖는 방사 방향 경계선을 가지며, 상기 제 1 방사 방향 간격은 상기 축과 상기 축에 대해 평행하게 뻗으면서 슬롯의 방사 방향 중심에서 연장되는 가상 평면 사이의 제 2 방사 방향 간격과 동일하다. 상기 지지 돌출부 및 상기 지지 돌출부에 지지된 밀봉 링에 의해 상기 밀봉 링은 120℃의 온도 및/또는 대략 10 바아의 압력이 공급될 때 단지 적은 기계적 부하, 특히 인장-, 휨- 및 전단 부하에 노출됨으로써, 상기 밀봉 링 및 컴플릿 피스톤은 긴 사용 기간동안 내내 양호한 사용 특성을 갖는다. 온도 및 압력에 관련해서 앞서 언급한 조건들 하에서 적합하게 사용될 수 있는 밀봉 링 재료들은 예컨대 폴리우레탄과 같은 기본 재료들에 비해 훨씬 더 낮은 강도를 가짐으로써, 상기와 같은 밀봉 링 재료로 이루어진 밀봉 링의 특수한 지지가 요구된다. 밀봉될 챔버의 방향으로 볼 때 축방향으로 개방되는, 실질적으로는 C형태의 슬롯을 갖는 특수한 밀봉 링은 압력 및/또는 온도를 공급받을 때 기계적 부하에 대해 특히 민감하기 때문에, 이러한 실시예에서는 밀봉 링의 손상 및/또는 파손에 의해 컴플릿 피스톤이 고장나는 것을 막기 위해 밀봉 링의 적합한 지지가 보장되는 것이 특히 중요하다.
밀봉될 기계 부재에 접해있는 밀봉 립의 휨 하중을 가급적 크게 감소시키기 위해 지지 돌출부의 방사 방향 경계선은 피스톤의 축으로부터의 제 1 방사 방향 간격을 가지며, 상기 제 1 방사 방향 간격은 상기 축과 상기 축에 대해 평행하게 뻗어서 슬롯의 방사 방향 중심 내에서 연장되는 가상 평면 간의 제 2 방사 방향 간격과 같다. 어떠한 경우라도 밀봉 링이 지지 돌출부에 의해 압력을 받지 않는 측면에 적합하게 지지되는 것이 보장되어야만 한다. 앞서 언급한 조건들이 충족될 경우에 적합한 지지가 제공된다.
슬롯 바닥 내에서 나타나는 노치 효과는 지지 돌출부의 방사 방향 경계선과 가상 평면 간의 요구된 방사 방향 간격이 최소한으로 제한된다.
밀봉 링의 표면에서 나타나는 노치 효과를 더욱 감소시키기 위해서는, 밀봉될 챔버에 축방향으로 떨어져있는 밀봉 링의 측면이 지지 돌출부의 방사 방향 외부에서, 밀봉될 챔버의 방향으로 볼 때 축방향으로 지지 돌출부에 접해있는 제 1 아아크 및 상기 제 1 아아크에 대해 방사방향으로 변위된 제 2 아아크를 갖도록, 실질적으로는 S 형태로 형성된다. 그럼으로써, 상기 밀봉 링의 밀봉될 챔버로부터 떨어져있는 측면은 불연속적인 방향 전환으로부터 벗어나 있다. 상기 밀봉 링의 표면 영역에서의 방향 전환은 가급적 약하고 큰 반경으로 실행된다.
상기 밀봉 링은 지지 돌출부의 방사 방향 외부에서 실질적으로 일정한 재료 두께를 가질 수 있다. 그럼으로써, 이러한 일정한 재료 두께의 영역은 압력 및/또는 온도 공급시에도 일정한 기계적 부하에 노출된다. 이러한 작동 조건들 하에서 예컨대 밀봉 링은 밀봉 립의 연결 영역에서 보강재/외부 시이트에 의해 더 불리해지며, 이때 상기 밀봉 립은 커버에 지지됨으로써 써포트 및 회전축으로서 작용한다. 그 결과 밀봉 립에 예기치않은 높은 휨 하중이 작용하며, 이러한 휨 하중은 밀봉 립의 연결 영역/슬롯 바닥의 영역이 갈라지는 것을 유발한다.
축 방향으로 볼 때 C 형태인 개방 슬롯의 방사 방향 영역에서 나타나는 충분한 휨 특성은 밀봉 링의 낮은 기계적 부하를 위해 매우 바람직하다. 제 1 아아크의 반경에 대한 슬롯 반경의 비는 0.75 내지 1.75이다. 그럼으로써, 슬롯 및 제 1 아아크의 영역에서 노치 효과는 실질적으로 일정하게 작고 유연성은 그 크기가 동일하다.
밀봉 링은 바람직하게는 불소 중합체(FPM) 또는 수소화된 니트릴 부타디엔 탄성고무(HNBR)로 이루어진다.
폴리우레탄과는 달리 이러한 재료들은 높은 내열성 및 화학품에 대한 양호한 안정성을 가지기 때문에 대략 120℃의 온도 및/또는 대략 10 바아의 압력을 공급받기에 특히 적합하며, 대부분의 적용예에서 이 범위만으로 충분하다. 폴리우레탄에 비해 더 작은 강도는 본 발명에 따른 컴플릿 피스톤의 형성에 의해 충분히 보상된다.
커버 및 밀봉 링은 바람직하게는 꽉 맞물리게 서로 연결된다. 두 부품은 서로 접착되거나 가황될 수 있다. 가황에 있어서 특수한 점은 커버가 금속 재료로 이루어지는 것이 특히 바람직하다는 것이다. 왜냐하면, 이러한 금속 재료들을 사용하면 밀봉 링에 대한 견고한 연결이 달성되기 때문이다. 본 발명에 따른 컴플릿 피스톤의 실시예는 하기 텍스트에서 도 1 및 도 2에 의해 더 자세히 설명된다. 각각의 도면들은 개략적으로 도시된다.
도 1에는 공기 압축기의 영역에서 사용되는 컴플릿 피스톤의 한 실시예가 도시된다. 상기 컴플릿 피스톤은 금속 재료 및 두 개의 밀봉 링(2)으로 이루어진 두 부분으로 형성된 커버(1)를 포함하며, 상기 밀봉 링(2)은 동일 부품으로 형성되고 서로에 대해 반사 대칭으로 배치된다. 상기 밀봉 링(2) 사이의 축방향으로 커버(1)의 리세스(18) 내에 자석(19)이 배치되며, 상기 자석(19)에 의해 실린더(여기에 도시되지 않음)의 내부에서의 피스톤의 축 방향 위치가 검출될 수 있다. 상기 자석(19)은 방사 방향 외측에서 가이드 링(20)에 의해 둘러싸인다. 상기 가이드 링(20)은 피스톤을 가이드하기 위해 실린더 내부에 제공된다. 상기 가이드 링(20)이 양 측면의 정면에 배치된 밀봉 립(3) 사이에서 전체 축방향 연장부에 걸쳐 연장됨으로써, 상기 가이드 링(20)은 피스톤에 압력이 가해질 때 실린더 내에서 상기 피스톤이 휘어지는 것을 막는다. 상기 밀봉 링(2)은 FPM 또는 HNBR로 이루어진다.
도 2에는 도 1의 일부 섹션을 확대하여 도시한 것이다. 상기 밀봉 링(2)은 밀봉 립(3)을 가지며, 상기 밀봉 립(3)은 -종단면으로 볼 때- 밀봉될 챔버(4)의 방향으로 볼 때 축방향으로 개방된, 실질적으로는 C 형태의 슬롯(5)을 갖는다. 이 실시예에서 상기 슬롯(5)은 상기 밀봉 립(3)에 의해 방사 방향 외측으로 제한되는데, 이때 상기 밀봉 립(3)은 축방향으로 접해있는 밀봉될 챔버(4)의 방향으로 융기되어 있다. 밀봉될 챔버(4)로부터 떨어져있는 슬롯(5)의 측면에서 밀봉 링(2)은 지지 융기부(21)를 가지며, 상기 지지 융기부(21)의 방사 방향 경계선(22)은 방사 방향으로 볼 때 지지 돌출부(6) 및 평면(11)과 같은 높이로 끝난다. 상기 지지 돌출부(6)의 방사 방향 경계선(7)과 마찬가지로 지지 융기부(21)의 방사 방향 경계선(22)도 축(9)으로부터의 제 1 방사 방향 간격(8)을 갖는다. 밀봉될 챔버(4)에 압력이 가해질 때 압력이 강화된 밀봉 립(3)은 실린더의 내부 경계벽(도시되지 않음)에 놓이며 상기 벽에 대해 밀봉된다. 밀봉 링(2)에 작용하는 기계적 부하를 가급적 작게 유지시키기 위해, 상기 밀봉 링(2)은 밀봉 돌출부(6)의 방사 방향 외부에서, 지지 융기부(21)로부터 밀봉 립(3)의 방사 방향 외부 경계선까지, 밀봉될 챔버(4)의 방향으로 볼 때 축방향으로 연장되는 제 1 아아크(13) 및 상기 제 1 아아크(13)에 대해 방사 방향으로 변위된 제 2 아아크(14)를 포함하도록, 실질적으로는 S 형태로 형성된다. 상기 아아크(13, 14)는 불연속적인 방향 전환없이 서로유연하게 맞물리는데, 이때 전체 밀봉 립(3)은 실질적으로 일정한 재료 두께(15)를 갖는다.
상기 밀봉 립(2)은 압력이 가해질 때 특히 슬롯(5)의 바닥에서, 그리고 지지 융기부(21)로 넘어가는 제 1 아아크(13)의 영역에서 부하를 받는다. 슬롯(5)의 반경(16) 대 제 1 아아크(13)의 반경(17)은 여기에 도시된 실시예에서 대략 1.2이며, 이러한 반경(16, 17)은 컴플릿 피스톤의 크기에 따라 대략 0.4 내지 1.5mm의 통상적인 크기를 갖는다.
밀봉될 챔버(4)의 방향으로 제 1 아아크(13)에 이어지는 제 2 아아크(14)는 슬롯(5) 및 제 1 아아크(13)의 반경(16, 17) 보다 더 큰 반경을 갖는다.
본 발명에 의해 종단면으로 볼 때 실질적으로는 C 모양으로 형성되는 밀봉 링이 제공될 수 있으며 이렇게 형성된 밀봉 링은 대략 120℃의 온도 및 대략 10 바아의 압력을 공급받음에도 불구하고 단지 적은 기계적 부하에 노출됨으로써 긴 사용 기간 동안 내내 양호한 사용 특성을 갖도록 형성된 컴플릿 피스톤이 제공된다.

Claims (9)

  1. 커버(1) 및 적어도 하나의 밀봉 립(3)을 갖는 밀봉 링(2)을 포함하며, 상기 커버(1) 및 밀봉 링(2)은 연결되며, -피스톤의 각각의 종단면으로 볼 때- 상기 밀봉 링(2)은 밀봉될 챔버(4)의 방향으로 볼 때 축방향으로 개방되는, 실질적으로는 C 형태의 슬롯(5)으로 형성되며, 상기 커버(1)는 방사 방향으로 연장되는 밀봉 링(2)용 지지 돌출부(6)를 가지며, 상기 지지 돌출부(6)는 방사 방향 경계선(7)을 가지며, 상기 방사 방향 경계선(7)은 피스톤의 축(9)으로부터의 제 1 방사 방향 간격(8)을 가지며, 상기 제 1 방사 방향 간격(8)은 상기 축(9)과 상기 축(9)에 대해 평행하게 뻗어서 상기 슬롯(5)의 방사 방향 중심(12) 내에서 연장되는 가상 평면(11) 간의 제 2 방사 방향 간격(10)과 동일하도록 제공된 컴플릿 피스톤.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 밀봉될 챔버(4)는 상기 밀봉 링(2)의 축방향으로 떨어져있는 측면에서 상기 지지 돌출부(6)의 방사 방향 외부에서, 상기 밀봉될 챔버(4)의 방향으로 볼 때 축방향으로 상기 지지 돌출부(6)에 접해있는 제 1 아아크(13) 및 상기 제 1 아아크(13)에 대해 방사 방향으로 변위된 제 2 아아크(14)를 포함하도록, 실질적으로는 S 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 컴플릿 피스톤.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 밀봉될 챔버(4)로부터 떨어져있는 상기 밀봉 링(2)의 측면은 불연속적인 방향 전환으로부터 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 컴플릿 피스톤.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 밀봉 링(2)은 상기 지지 돌출부(6)의 방사 방향 외부에서 실질적으로는 일정한 재료 두께(15)를 갖는 것을 특징으로 하는 컴플릿 피스톤.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 슬롯(5)의 반경(16) 대 상기 제 1 아아크(13)의 반경(17)의 비가 0.75 내지 1.75인 것을 특징으로 하는 컴플릿 피스톤.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 비는 실질적으로는 1인 것을 특징으로 하는 컴플릿 피스톤.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 커버(1)는 금속 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 컴플릿 피스톤.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 밀봉 링(2)은 중합체 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 컴플릿 피스톤.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 커버(1) 및 상기 밀봉 링(2)은 꽉 맞물리게 연결되는 것을 특징으로 하는 컴플릿 피스톤.
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