KR20170046177A - 압력-활성화가능한 프리텐셔닝 요소를 갖는 밀봉 장치 - Google Patents

압력-활성화가능한 프리텐셔닝 요소를 갖는 밀봉 장치 Download PDF

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KR20170046177A
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홀거 조단
에릭 실링
Original Assignee
트렐레보르크 씰링 솔루션즈 저머니 게엠베하
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Abstract

본 발명은
- 운동 축(18)을 따라 서로에 대하여 이동 가능할 수 있도록 밀봉 갭(16)을 형성하여 이격되어 배치되는, 제 1 기계 부품(12) 및 제 2 기계 부품(14);
- 밀봉 립(30)을 가지고, 상기 제 1 기계 부품(12)의 밀봉-유지 구조(22)의 복수개의 홈(24)에 프레스 피트(press fit)로 지지되어 배치되는 밀봉 요소(20); 및
- 상기 제 1 기계 부품(12)의 보유 홈(32)에 배치되는 프리텐셔닝 요소(34);로 구성되는 밀봉 장치(10)에 관한 것이고,
상기 밀봉 립(30)은 상기 밀봉-유지 구조(22)로부터 축 방향으로 확장되고,
상기 프리텐셔닝 요소(34)에 의해 상기 밀봉 장치(10)의 저압부(N)로부터 작동 압력을 받을 수 있는 고압부 H를 밀봉하기 위해, 상기 밀봉 립(30)이 상기 제 2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(38)에 대항하여 프리텐션 될 수 있고,
상기 보유 홈(32)은 상기 프리텐셔닝 요소(34)를 위한 웨지 가이드 표면(40, 42)을 가지고, 웨지 가이드 표면은 상기 운동 축(18)에 대해 α < 90°인 각 α로 비스듬히 마련되며,
상기 프리텐셔닝 요소(34)는, 상기 고압부 쪽에 상기 작동 압력(P1, Pmax)을 받음으로써, 상기 작동 압력(P1, Pmax)으로부터 파생되는 접촉 압력(Ftransv, Ftransv.max)으로 상기 밀봉 표면(38)에 대항하여 상기 밀봉 립(30)을 프리텐션하기 위해 상기 웨지 가이드 표면(40, 42)에 대항하여 그리고 상기 웨지 가이드 표면(40, 42)을 따라 이동 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

압력-활성화가능한 프리텐셔닝 요소를 갖는 밀봉 장치{Sealing arrangement with pressure-activatable pretensioning element}
본 발명은 제 1 기계 부품 및 제 2 기계 부품을 갖는 밀봉 장치에 관한 것이고, 두 기계 부품은 밀봉 갭을 형성하여 이격되어 배치되고, 그 결과 그들은 운동 축을 따라 서로에 대하여 이동 가능하다. 상기 밀봉 장치는 밀봉 립을 갖는 밀봉 요소로 구성되고, 밀봉 요소는 상기 두 기계 부품 중 하나의 밀봉-유지 구조 내에 지지되어 배치되며, 상기 밀봉 립은 축 방향으로 상기 밀봉-유지 구조로부터 확장된다. 프리텐셔닝 요소는 상기 밀봉 장치의 저압부로부터 고압부를 밀봉시키기 위해 제 2 기계 부품의 밀봉 표면에 대항하여 상기 밀봉 립을 프리텐션하도록 한다. 상기 프리텐셔닝 요소는 상기 제 1 기계 부품의 보유 홈(retaining groove)에 배치된다.
많은 기술적 응용에서, 예를 들어 진동 댐퍼, 유압 액츄에이터, 서보 실린더(servo cylinder) 또는 이륜 테크놀러지 분야의 스프링 장착에 있어서 이러한 유형의 밀봉 장치들이 설치되고, 예를 들어 독일 특허 공개 제DE 10 2012 218 358 A1호로부터 주지되어 있다.
상기 밀봉 장치들의 유효 수명은 빌트-인(built-in) 밀봉 요소의 마모(wearing)에 결정적으로 의존한다. 상기 밀봉 요소의 마모에 밀접하게 관련된 요인은 여기서 상기 밀봉 요소의 밀봉 립의 마찰이고, 상기 밀봉 립은 상기 제 2 기계 부품의 밀봉 표면을 누른다. 다수의 기술적 응용에서, 상기 밀봉 장치는, 설치 상태에서는 드물게 구동되는데, 즉 우발적으로 상기 두 기계 부품이 무부하(no-load) 작동 하에 서비스 시 지속적으로 이동되기는 한다. 이는 예를 들어, 틸트(tilt) 및, 적절하게는, 차량 프레임과 관련하여 트럭의 틸트된 운전실(driver's cab)을 유지하기 위한 소위 캡 틸트 실린더(cab tilt cylinder)에서의 경우이다. 무부하 작동 시 그들의 기계적 피로에 상관 없이, 그러한 밀봉 장치들은 필요시 사용을 위한 준비가 되어야 하고 충분한 밀봉 성능을 보장해야 한다.
본 발명의 목적은 도입부에 언급된 밀봉 장치를 개선시켜서 낮은 생산 원가가 결합된 증대된 유효 수명을 가짐과 동시에 고압 응용 및 극압 응용에 적합하게 하기 위함이다. 상기 밀봉 장치는, 특히, 또한 위에서 기술된 바와 같이 무부하 작동에 적합하다.
본 발명에 따른 목적은 특허 청구범위 제1항에서 정의된 기술 특징을 갖는 밀봉 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 이로운 실시예들은 종속 청구항들에서 정의된다.
본 발명에 따른 밀봉 장치에서, 프리텐셔닝 요소(pretensioning element) 또는 고압부를 향하는 프리텐셔닝 요소의 단면은, 상기 고압부로의 보유 홈(retaining groove)의 유체적 연결로 인해, 작동 매체의 그 작동 압력, 특히 작동 유체의 작동 압력을 받게 되고, 이는 상기 고압부에서 우세하다. 상기 프리텐셔닝 요소는 그럼으로써 웨지 가이드 표면에 대항하여 그리고 웨지 가이드 표면을 따라, 운동 축 방향으로, 상기 보유 홈에서 가압되고, 상기 프리텐셔닝 요소가 탄성적으로 변형가능하다는 점에 있어서 상기 웨지 가이드 표면에 접촉함에 따라 변형된다. 상기 프리텐셔닝 요소는 결과적으로 각각의 작동 압력으로부터 파생되는 접촉 압력으로 상기 제 2 기계 부품의 밀봉 표면에 대항하여 상기 밀봉 요소의 밀봉 립에 힘을 가한다. 이는 상기 밀봉 요소의 밀봉 성능이 상기 밀봉 장치의 고압부에서 우세한 작동 압력에 의해 제어될 수 있음을 의미한다. 상기 밀봉 립은 상기 제 2 기계 부품의 밀봉 표면을 누르고, 다시 말하면 접촉 압력으로 누르고, 이는 적어도 정해진 작동 압력 범위 이상으로, 상기 밀봉 장치의 고압부에서 우세한 작동 압력과 같은 방향으로 변화한다. 상기 고압부에서 우세하고 상기 밀봉 요소로 상기 저압부로부터 밀봉되어야 할 상기 밀봉 장치의 작동 압력이 발생할 경우, 그 접촉 압력으로 상기 밀봉 요소의 밀봉 립이 상기 제 2 기계 부품의 밀봉 표면에 대항하여 상기 프리텐셔닝 요소에 의해 가압(프리텐션)되고, 그 반대도 그렇다. 결과적으로, 상기 밀봉 요소의 요구되는 동적인 밀봉 성능은 설계 조건에 있어서 매우 간단한 방법으로 실현될 수 있다. 또, 상기 밀봉 장치는 도입부에서 설명한 기술적 응용에 특히 매우 적합하고, 여기서 상기 밀봉 장치의 두 기계 부품은 실질적으로 구동되는 (활성화되는) 밀봉 장치 없이 서로에 대해 지속적이고 수동적으로 이동하게 된다. 본 발명에 따른 밀봉 장치에서, 상기 밀봉 립과 상기 제 2 기계 부품의 밀봉 표면 사이의 마찰은, 단지 상기 밀봉 장치의 그러한 "무부하 작동"에 대해, 상기 밀봉 립이 접촉 압력이나 프리텐셔닝 없이 또는 단지 약한 접촉 압력만으로 상기 밀봉 장치의 가압되지 않은 작동 상태에서 상기 밀봉 표면과 접촉한다는 점에서 최소화 될 수 있다. 상기 밀봉 요소의 불필요한 마모는 이런 이유로 서로에 대한 두 기계 부품의 높은 가속 또는 운동 속도의 경우에서도 확실하게 방지된다. 상기 밀봉-유지(seal-holding) 구조는 한 개 또는 그 이상의 홈으로 구성되기 때문에, 여기서 상기 밀봉 요소는 프레스 피트(press fit)로 지지되어 배치되고, 상기 밀봉 요소는 상기 밀봉-유지 구조의 홈 내부로 쉽게 가압될 수 있다. 이는 생산 공학 측면으로부터 이롭다. 방사상 밀봉 요소로서 설정된 밀봉 요소의 경우, 이는 예를 들어, 상기 제 1 기계 부품에 도입되는 어셈블리 핀을 통해 실현될 수 있다. 본 발명에 따른 밀봉 장치는 간단한 설계 구조를 가지고, 더욱이 적은 수의 그의 구성 요소들로 인해 비교적 생산 가격이 싸다.
본 발명에 따르면, 상기 웨지 가이드 표면은 바람직하게는 상기 밀봉 표면에 대해 20° ≤ α ≤ 80°인 각 α로 비스듬히 마련된다. 각 α가 작을 수록 작동 압력의 변화에 대한 상기 밀봉 장치의 반응이 더 민감해진다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 웨지 가이드 표면은 적어도 두 개의 세로부를 가질 수 있고, 이는 상기 밀봉 표면에 대해 다른 각 α로 비스듬히 마련된다. 상기 밀봉 장치의 반응은 이런 이유로, 예를 들어 요건에 따라 시작될 수 있다. 따라서, 상기 웨지 가이드 표면은, 예를 들어 상기 고압부를 향하고 상기 밀봉 표면에 대하여 더 작은 제 1 경사를 갖는 제 1 세로부 및 상기 제 1 세로부에 인접하고 상기 제 1 경사에 대하여 더 큰 제 2 경사를 갖는 제 2 세로부를 가질 수 있다.
도입부에서 언급되는 상기 밀봉 장치의 무부하 작동에서의 상기 밀봉 립 및 상기 밀봉 표면 사이에서 가장 낮게 생길 수 있는 마찰을 고려하여, 상기 프리텐셔닝 요소가 면적화 되어, 상기 밀봉 요소가 상기 고압부가 가압되지 않은 상태에서 프리텐셔닝 없이 또는 정해진 (기본) 프리텐셔닝으로 상기 밀봉 표면을 누르는 경우에는 입증된 이점을 갖는다. 후자의 경우, 상기 (기본) 프리텐셔닝은 바람직하게는 작동 시 상기 밀봉 립과 상기 밀봉 표면 사이에서 생성된 마찰이 상기 밀봉 요소의 무시할 수 있는 마모를 가져올 수 있도록 충분히 적게 선택된다.
생산 공학 관점으로부터, 상기 보유 홈의 웨지 가이드 표면은 유리하게는 상기 보유 홈에 연결되거나 상기 보유 홈의 그루브 플랭크를 형성하고, 상기 그루브 플랭크는 상기 저압부 쪽에 배치된다. 결과적으로, 상기 웨지 가이드 표면은 (상기 보유 홈과 공동으로) 상기 제 1 기계 부품의 소재에 의해 또는 상기 제 1 기계 부품에 고정되는 인서트에 의해 직접적으로 형성될 수 있다.
상기 웨지 가이드 표면 및/또는 상기 보유 홈의 그루브 바닥은, 최소로 일어날 수 있는 스틱-슬립 효과(stick-slip effect) 또는 마찬가지로 누르는 상기 프리텐셔닝 요소의 슬라이딩 마찰을 목적으로, 바람직하게는 건식-윤활(dry-lubricating), 마찰방지 코팅(antifriction coating)이 제공될 수 있다. 상기 마찰방지 코팅은 특히 고분자 재료, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)이 되거나 금속 또는 금속 합금이 될 수 있다.
특히 상기 보유 홈 또는 상기 제 1 기계 부품에 의해 형성된 상기 웨지 가이드 표면의 경우, 상기 프리텐셔닝 요소는 탄성중합체적으로 변형가능하다. 상기 프리텐셔닝 요소는 여기서 바람직하게는 탄성중합체로 구성된다.
상기 밀봉 장치가 가압되지 않은 상태에서 상기 밀봉 표면에 대항하여 상기 밀봉 립의 기본 프리텐셔닝의 미세 조정에 대해서, 상기 보유 홈 또는 상기 제 1 기계 부품은 상기 프리텐셔닝 요소용 조정 부품을 가질 수 있다. 상기 조정 부품은 상기 제 2 기계 부품에 대하여 상기 제 2 기계 부품의 운동 축에 횡 방향으로 이동가능하도록 상기 제 1 기계 부품 상에 배치될 수 있다. 상기 프리텐셔닝 요소는, 그 그루브 플로어 쪽에서, 상기 조정 부품에 대항하여 지지된다. 상기 조정 부품은 상기 그루브 바닥으로부터 분리된 요소가 되거나 후자로 구성될 수 있다. 본 발명의 개선에 따라, 상기 조정 부품은 수동으로 이동되거나 가압 매체로 구동되거나 전동 수단에 의해 이동될 수 있다.
본 발명의 바람직한 개선에 따르면, 상기 보유 홈은 제 2 그루브 플랭크를 가지고, 이는 상기 운동 축에 비스듬히 마련된다. 상기 제 2 그루브 플랭크는 축 방향으로 상기 제 1 그루브 플랭크와 마주보게 마련된다. 결과적으로, 상기 밀봉 장치는 또한 상기 고압부 및 상기 저압부 사이의 압력 전도 위치가 주어질 수 있고, 가능하게 요약하면, 이와 같이 슬라이드하면서 그 축 방향 시작 위치로부터 상기 프리텐셔닝 요소의 고압부 쪽 축 방향 편향이 주어질 수 있다. 상기 시작 위치는 상기 밀봉 장치가 가압되지 않은 상태에서 상기 제 1 기계 부품에 대하여 상기 프리텐셔닝 요소의 축 방향 위치에 대응한다.
상기 밀봉 요소는 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 다른 점소성 소재, 특히 중합체 소재로 형성될 수 있다.
상기 밀봉-유지 구조의 홈/홈들은 넓어질 수 있고, 특히 운동 축 방향으로 넓어질 수 있다. 반면에, 이는 상기 밀봉 요소가 상기 제 1 기계 부품의 밀봉-유지 구조 상에 간단한 방법으로 가압될 수 있도록 한다. 게다가, 상기 홈들의 그루브 엣지 부근에서의 상기 밀봉 요소의 스코어링(scoring) 또는 셰어링-오프(shearing-off)가, 상기 밀봉 요소 상에 축 방향으로 작용하는 힘의 경우, 그럼으로써 방지될 수 있다.
상기 밀봉 요소는 바람직하게는 하나 또는 그 이상의 활사면(slideway) 부분을 가지며, 그 위에서 상기 제 2 기계 부품이 슬라이딩 클리어런스 폼 피트(sliding clearance form fit)로 가이드된다. 상기 밀봉 요소는 그럼으로써 상기 제 2 기계 부품을 장착하게 된다. 상기 활사면 부분은 여기서 그것이 상기 제 1 기계 부품을 확실히 누를 수 있도록 운동 축에 대해 횡 방향으로 지지되어, 장착 품질이 오직 점소성 또는 탄성 중합체의 변형에 의해서만 결정되지만, 상기 제 1 기계 부품에 대한 상기 활사면 부분의 편향 또는 편위에 의해서는 아니다. 상기 제 2 기계 부품에 대해 상기 활사면 부분에 의해 형성되는 상기 슬라이드 베어링(slide bearing)은 그럼으로써 운동 축에 횡 방향으로 점소성으로 또는 탄성중합체적으로 변형가능하도록 설정될 수 있다.
본 발명의 바람직한 개선에 따르면, 상기 밀봉 요소는 제 2 밀봉 립을 가질 수 있고, 이는 상기 제 1 밀봉 립과 마주하는 방향으로 상기 밀봉-유지 구조로부터 축 방향으로 확장된다. 상기 제 2 밀봉 립에는, 상기 제 1 밀봉 립에 대응하는 방법으로, 보유 홈에 배치된 프리텐셔닝 요소가 할당될 수 있다. 상기 제 2 보유 홈은, 역시, 적어도 하나의 웨지 가이드 표면이 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 두 기계 부품 중 하나는 특히 실린더로서 설정될 수 있고, 상기 두 기계 부품 중 다른 하나는 상기 실린더 내에서 가이드되는 피스톤으로서 설정될 수 있다. 이 경우, 상기 밀봉 요소는 환형의 방사상 밀봉 요소로서 설정된다.
상기 밀봉 장치는 다수의 다른 기술적 업무에 사용될 수 있다. 따라서, 상기 밀봉 장치는 예를 들어, 유압 액츄에이터, 특히 캡 틸트 실린더(cab tilt cylinder)로서, 진동 댐퍼로서, 또는 쇽 업소버(shock absorber)로서 설정될 수 있다.
본 발명은 도면에 나타나는 예시적 실시예들을 근거로 이하에서 상세하게 설명된다.
도면에서, 예시적 실시예들은 그들의 기능적 상호 작용 뿐만 아니라 본 발명에 핵심적인 구성 요소들이 명확하게 식별가능하도록 표현된다.
도면에서,
도 1은 서로 이동할 수 있도록 배치되는 두 기계 부품 및 상기 밀봉 장치의 저압부로부터 고압부를 밀봉하기 위한 밀봉 요소를 갖는 밀봉 장치를 도시하고, 상기 밀봉 요소의 밀봉 립은 상기 두 기계 부품 중 하나의 밀봉 표면에 대항하여 가압-활성가능한 프리텐셔닝 요소를 통해 프리텐션 될 수 있다.
도 2는 상기 고압부가 상기 제 1 작동 압력 P1로 가압될 때 도 1에서의 밀봉 장치를 도시한다.
도 3은 상기 고압부가 최대 작동 압력 Pmax 로 가압될 때 도 1에서의 밀봉 장치를 도시한다.
도 4는 상기 밀봉 장치의 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 5는 상기 밀봉 장치가 가압되지 않은 상태에서 상기 두 기계 부품 중 하나의 밀봉 표면에 대항하여 상기 밀봉 립의 기본 프리텐셔닝을 조정하는 조정 부품을 갖는 밀봉 장치를 도시한다.
도 6은 상기 밀봉 장치의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 1은 제 1 기계 부품(12) 및 제 2 기계 부품(14)을 갖는 밀봉 장치(10)를 도시하고, 이들은 밀봉 갭(16)의 형성으로 이격되어 배치된다. 상기 두 기계 부품(12, 14)은 상기 운동 축(18)을 따라 서로에 대해 병진 이동가능하다. 상기 제 1 기계 부품(12)은, 예를 들어 실린더로서 설정될 수 있고, 상기 제 2 기계 부품(14)은 도 1의 경우와 같이 실린더 내에서 가이드되는 피스톤으로서 설정될 수 있다.
상기 밀봉 장치(10)의 저압부 N으로부터 작동 압력을 받을 수 있는 고압부 H의 밀봉은 참조 번호 20으로 표시된 밀봉 요소로 처리된다. 이 경우, 상기 밀봉 요소(20)는 방사상 밀봉 요소로서 설정된다.
상기 밀봉 요소(20)는 상기 제 1 기계 부품(12)의 밀봉-유지 구조(22)에 위치 고정된 방법으로 지지되어 배치된다. 이 경우, 상기 밀봉-유지 구조(22)는 복수개의 홈(24)으로 구성되고, 그 내부에서 상기 밀봉 요소(20)가 확장된다. 그것이 상기 제 1 기계 부품(12) 상에 끼워지기 때문에, 상기 밀봉 요소(20)는 상기 밀봉-유지 구조(22)의 홈(24) 내부로 가압되고, 그럼으로써 프레스 피트로 상기 홈(24) 내에서 영구적으로 지지되어 배치된다.
도 1로부터 명확해진 바와 같이, 상기 홈(24)은 상기 운동 축(18)의 방향으로 넓어지는 단면을 갖는다. 상기 제 1 기계 부품(12) 상에 상기 밀봉 요소(20)를 가압하는 것이 그럼으로써 간단해진다. 게다가, 상기 밀봉 요소에 축 방향으로 작용하는 힘(도시되지 않음)의 경우 상기 홈(24)의 그루브 엣지(26) 부근에서의 상기 밀봉 요소(20)의 원치 않는 스코어링 또는 상기 밀봉 요소(20)의 셰어링-오프가 그럼으로써 방지될 수 있다.
도시된 예시적 실시예에서, 상기 밀봉 요소(20)는 슬라이드 베어링으로 상기 제 1 기계 부품(12) 상에 상기 제 2 기계 부품(14)을 추가적으로 장착하도록 한다. 이를 위하여, 상기 밀봉 요소(20)는 활사면 부분(28)을 가지며, 그 위에서 상기 제 2 기계 부품(14)이 슬라이딩 클리어런스 폼 피트로 가이드된다. 상기 활사면 부분(28)은 방사상 방향으로 상기 제 1 기계 부품(12)의 밀봉-유지 구조(22)를 커버하고 상기 제 1 기계 부품(12)을 확실히 누른다. 상기 밀봉 요소(20)의 활사면 부분은 따라서 그의 전체 세로 길이 이상으로 상기 제 1 기계 부품(12)에 대항하여 방사상 방향으로 지지된다.
상기 밀봉 요소(20)는 밀봉 립(30)을 가지며, 이는 축 방향으로 상기 밀봉-유지 구조(22)로부터 확장된다.
상기 밀봉 립(30)은 상기 제 1 기계 부품(12)의 보유 홈(32) 위까지 축 방향으로 확장된다. 상기 보유 홈(32)은 상기 제 1 기계 부품(12)의 밀봉-유지 구조(22)로부터 축 방향으로 이격되어 배치되고, 그에 따라 또한 상기 밀봉 요소(20)의 활사면 부분(28)로부터도 축 방향으로 이격되어 배치된다.
상기 보유 홈(32)에는 프리텐셔닝 요소(34)가 배치된다. 상기 프리텐셔닝 요소(34)는 탄성중합체적으로 변형가능한 소재, 예를 들어 탄성중합체로 형성된다. 상기 프리텐셔닝 요소(34)는 상기 제 2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(36)에 대항하여 상기 밀봉 요소(20)의 밀봉 립(30)을 프리텐션(가압)하도록 한다.
상기 보유 홈(32)은 그루브 플로어 또는 그루브 바닥(38)을 가지며, 이는 축 방향으로 상기 제 1 웨지 가이드 표면(40) 및 상기 제 2 웨지 가이드 표면(42)에 의해 그루브 플랭크(44)에 연결된다. 상기 그루브 플랭크(44)는 그들이 상기 운동 축(18)에 직각이 될 수 있도록 향해진다.
상기 제 1 및 제 2 웨지 가이드 표면(40, 42)은 운동 축에 대해 α < 90°인 동일한 각 α로 각각 축 방향으로 비스듬히 마련된다. 물론, 상기 두 웨지 가이드 표면(40, 42)의 각 α는 또한 서로 다를 수 있다. 상기 제 1 또는 제 2 웨지 가이드 표면은 상기 밀봉 표면에 대해 20° ≤ α ≤ 80°인 각 α로 비스듬히 마련될 수 있다.
도 1로부터 명확해진 바와 같이, 상기 보유 홈(32)은 상기 밀봉 갭(16)에 의해 상기 밀봉 장치(10)의 고압부 H에 유체적으로 연결된다. 상기 프리텐셔닝 요소(34)는 이런 이유로 매체(도시되지 않음)의 작동 압력을 받을 수 있고, 작동 압력은 각각 상기 밀봉 장치의 고압부에서 우세하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 프리텐셔닝 요소(34)는 상기 밀봉 장치(10)의 압력 부하가 없는(non-pressure-loaded) 상태에서 계란형 또는 타원형 또는 다른, 예를 들어 원형 또는 다각형의 단면을 가질 수 있다.
본 예시적 실시예에서, 상기 프리텐셔닝 요소(34)는 상기 밀봉 립(30)이, 상기 밀봉 부재(10) 또는 상기 고압부 H가 가압되지 않은 상태에서, 프리텐셔닝(접촉 압력) 없이 상기 밀봉 표면에 대항하여 확실히 누를 수 있도록 면적화된다. 상기 밀봉 장치(10)의 대안적인 실시예에 따르면, 상기 프리텐셔닝 요소(34)는 상기 밀봉 립(30)이, 상기 프리텐셔닝 요소가 가압되지 않은 상태에서, 정해진 기본 프리텐셔닝으로 상기 밀봉 표면에 대항하여 가압되도록 면적화될 수 있다.
가압되지 않은 상태에서, 상기 밀봉 요소(20)는 상기 제 1 기계 부품(12)에 대하여, 참조 번호 46으로 표시되는 그의 축 방향 시작 위치에 배치된다.
상기 고압부 쪽에 작동 압력을 받게 됨으로써, 상기 프리텐셔닝 요소(34)는 상기 제 1 웨지 가이드 표면(40)에 대항하여 그리고 상기 제 1 웨지 가이드 표면(40)을 따라 이동 가능하여, 상기 밀봉 립(30)은 상기 밀봉 표면(36)에 대항하여 각각의 작동 압력으로부터 파생되는 (그리고 그에 따라 가변적인) 접촉 압력으로, 상기 프리텐셔닝 요소(34)에 의해 프리텐션된다.
도 2에서, 상기 밀봉 장치(10)는 가압된 제 2 작동 상태에서 도시되고, 여기서 상기 고압부 H는 제 1 작동 압력 P1을 받는다.
상기 프리텐셔닝 요소(34)의 관련 가압의 결과로, 상기 저압부 L의 방향으로 변위력 F1axial이 상기 프리텐셔닝 요소(34) 상에 가해지고, 그 힘에 의해 상기 프리텐셔닝 요소(34)는 상기 제 1 기계 부품(12)에 대한 그 축 방향 시작 위치(46)로부터, 그로부터 이격되어 배치된 제 1 작업 위치(48)로 축 방향으로 변위되며, 상기 제 1 웨지 가이드 표면(40)과의 접촉에 따라, 그의 내재하는 탄성 복원력(elastic restoring force)에 상반되는 방사상 방향으로 확장된다. 상기 프리텐셔닝 요소는 그럼으로써, 상기 제 2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(38)에 대항하여, 상기 밀봉 립에 상기 작동 압력 P1로부터 파생되는 접촉 압력 F1transv를 가한다. 상기 밀봉 표면(38)에 대항하는 상기 밀봉 립(30)의 접촉 압력 통로는 상기 밀봉 표면(38)에 직각이 되는 화살표로 예시된다.
상기 고압부 H에서 작동 압력이 떨어질 경우, 탄성적으로 변형가능한 상기 프리텐셔닝 요소(34)는, 그 내재하는 고유의 탄성 때문에, 상기 고압부 H의 방향으로 상기 제 1 웨지 가이드 표면(40)을 따라 축 방향으로, 그 축 방향 위치, 즉 상기 작업 위치(48)로부터 미끄러지고, 그 축 방향 시작 위치(46)로 되돌아온다.
도 3에서, 상기 밀봉 장치(10)는 가압된 제 3 작동 상태로 도시되고, 여기서 상기 밀봉 장치(10)의 고압부 H는 최대 작동 압력 Pmax를 받게 된다.
상기 프리텐셔닝 요소(34)의 관련 가압의 결과로, 상기 저압부 L의 방향으로 최대 변위력 Faxial.max가 상기 프리텐셔닝 요소(34) 상에 가해지고, 그 힘에 의해 상기 프리텐셔닝 요소(34)는 상기 제 1 기계 부품(12)에 대한 그 축 방향 시작 위치(46)로부터, 그로부터 이격되어 배치된 제 2 작업 위치(50)로 축 방향으로 변위되고, 상기 제 1 웨지 가이드 표면(40)과의 접촉에 따라, 그의 내재하는 탄성 복원력에 상반되는 방사상 방향으로 확장된다. 상기 프리텐셔닝 요소는 그럼으로써, 상기 제 2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(38)에 대항하여, 상기 밀봉 립에 상기 작동 압력 Pmax로부터 파생되는 접촉 압력 Ftransv.max를 가한다. 상기 프리텐셔닝 요소(34)는 상기 저압부 쪽에 배치된 상기 그루브 플랭크(44)를 누른다. 상기 밀봉 표면(38)에 대항하는 상기 밀봉 립(30)의 접촉 압력 통로는 상기 밀봉 표면(38)에 직각이 되는 화살표로 예시된다.
상기 고압부 H에서 작동 압력이 떨어질 경우, 탄성적으로 변형가능한 상기 프리텐셔닝 요소(34)는, 도 2와 관련하여 설명한 바와 같이, 상기 고압부 H 및 그 축 방향 시작 위치(46) 방향으로 미끄러진다.
도 4에서, 상기 밀봉 장치(10)의 다른 예시적 실시예가 부분 단면도로 도시된다. 상기 제 1 웨지 가이드 표면(40)은 두 세로부(52)를 가지며, 이들은 상기 밀봉 표면에 대해 다른 각 α로 비스듬히 배치된다. 상기 저압부 쪽에 배치되는 상기 보유 홈(32)의 그루브 플랭크(44)는 상기 제 1 웨지 가이드 표면(40)의 세로부(52) 중 하나에 의해 형성된다. 상기 제 1 웨지 가이드 표면(42)은 따라서 상기 제 2 기계 부품을 향해, 상기 제 1 기계 부품(12)의 표면에 직접적으로 결합되거나 이 표면에 합체된다.
위에서 기술한 실시예들에서, 적절하게는, 상기 제 1 기계 부품(12)의 상기 제 1 및 제 2 웨지 가이드 표면(40, 42)은, 가급적 상기 각각의 웨지 가이드 표면(40, 42) 상에 상기 프리텐셔닝 요소(34)의 저-마찰 슬라이딩이 가능하게 하기 위해 마찰방지 코팅(54)이 제공될 수 있다. 상기 마찰방지 코팅(54)은 특히 건식-윤활 설계일 수 있다.
도 5는 상기 밀봉 장치(10)의 또 다른 예시적 실시예를 도시하고, 이는 상기 프리텐셔닝 요소(34)에 대한 조정 부품(56)이 상기 보유 홈(32) 내에 배치된다는 점에서 도 1에 도시된 예시적 실시예와 실질적으로 다르다. 상기 프리텐셔닝 요소(34)는 상기 조정 부품(56)을 누른다. 상기 조정 부품(56)은 상기 운동 축(18)에 횡 방향으로, 즉 본 발명의 경우 방사상 방향으로 상기 제 2 기계 부품(14)에 대하여 이동가능하도록 배치된다. 상기 조정 부품(56)으로, 상기 밀봉 립(30)에 대항하는 상기 프리텐셔닝 요소의 기본 프리텐셔닝 및 그에 따라 상기 밀봉 표면(38)에 대항하는 상기 밀봉 립(30)의 기본 프리텐셔닝이 시작되거나 조정될 수 있다.
도 6에 따른 상기 밀봉장치는 상기 제 1 기계 부품(12)이 피스톤으로서 실현되고 상기 제 2 기계 부품(14)이 실린더로서 실현되어 상기 피스톤이 상기 운동 축(18)을 따라 병진 이동가능한 방법으로 가이드된다는 점에서 도 1 내지 도 3에 도시되는 밀봉 장치와 실질적으로 다르다. 상기 프리텐셔닝 요소는 환형 설정이다. 상기 밀봉 요소(20)는 방사상 밀봉 요소로서 실현되고, 여기서는 소위 고정 클램프로 불리는 클램핑 요소(58)로 상기 밀봉-유지 구조(22)에 고정된다. 상기 클램핑 요소(58)는 외부로부터 상기 밀봉 요소(20)를 수용하고 이것을 상기 밀봉-유지 구조(22)의 홈(24) 중 하나에 밀어넣는다.
도면에 도시된 상기 밀봉 장치들에서, 상기 밀봉 요소(20)는 특히, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 다른 점소성 소재로 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 7과 관련하여 기술된 상기 밀봉 장치(10)는, 예를 들어 유압 액츄에이터, 특히 캡 틸트 실린더, 진동 댐퍼 또는 쇽 업소버로서 설정될 수 있다.

Claims (12)

  1. - 운동 축(18)을 따라 서로에 대하여 이동 가능할 수 있도록 밀봉 갭(16)을 형성하여 이격되어 배치되는, 제 1 기계 부품(12) 및 제 2 기계 부품(14);
    - 밀봉 립(30)을 가지고, 상기 제 1 기계 부품(12)의 밀봉-유지 구조(22)의 복수개의 홈(24)에 프레스 피트(press fit)로 지지되어 배치되는 밀봉 요소(20); 및
    - 상기 제 1 기계 부품(12)의 보유 홈(32)에 배치되는 프리텐셔닝 요소(34);로 구성되는 밀봉 장치(10)에 있어서,
    상기 밀봉 립(30)은 상기 밀봉-유지 구조(22)로부터 축 방향으로 확장되고,
    상기 프리텐셔닝 요소(34)에 의해 상기 밀봉 장치(10)의 저압부 N으로부터 작동 압력(P1, Pmax)을 받을 수 있는 고압부 H를 밀봉하기 위해, 상기 밀봉 립(30)이 상기 제 2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(38)에 대항하여 프리텐션 될 수 있고,
    상기 보유 홈(32)은 상기 프리텐셔닝 요소(34)를 위한 웨지 가이드 표면(40, 42)을 가지고, 웨지 가이드 표면은 상기 운동 축(18)에 대해 α < 90°인 각 α로 비스듬히 마련되며,
    상기 프리텐셔닝 요소(34)는, 상기 고압부 쪽에 상기 작동 압력(P1, Pmax)을 받음으로써, 상기 작동 압력(P1, Pmax)으로부터 파생되는 접촉 압력(Ftransv, Ftransv.max )으로 상기 밀봉 표면(38)에 대항하여 상기 밀봉 립(30)을 프리텐션하기 위해 상기 웨지 가이드 표면(40, 42)에 대항하여 그리고 상기 웨지 가이드 표면(40, 42)을 따라 이동 가능한 것을 특징으로 하는 밀봉 장치(10).
  2. 청구항 제1항에 있어서, 상기 웨지 가이드 표면(40, 42)은 상기 밀봉 표면(38)에 대해 20° ≤ α ≤ 80°의 각 α로 비스듬히 마련되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치(10).
  3. 청구항 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 웨지 가이드 표면(40, 42)은 적어도 두 개의 세로부를 가지고, 이들은 상기 밀봉 표면에 대해 다른 각 α1, α2로 비스듬히 마련되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치(10).
  4. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리텐셔닝 요소(34)가 면적화 되어, 상기 밀봉 요소(20)는 상기 고압부 H가 가압되지 않은 상태에서 프리텐셔닝 없이 또는 정해진 프리텐셔닝으로 상기 밀봉 표면(38)을 누르는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치(10).
  5. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 웨지 가이드 표면(40, 42)은 바람직하게는 건식-윤활(dry-lubricating), 마찰방지 코팅(antifriction coating)(56)이 제공되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치(10).
  6. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리텐셔닝 요소(34)는 탄성중합체적으로 변형가능한 것을 특징으로 하는 밀봉 장치(10).
  7. 청구항 제1항에 있어서, 상기 보유 홈(32)은 상기 프리텐셔닝 요소(34)를 위한 조정 부품(56)을 가지며,
    상기 조정 부품(56)은 상기 제 2 기계 부품(14)에 대해 상기 운동 축(18)에 횡 방향으로 이동가능하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치(10).
  8. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 요소(20)는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 또는 다른 점소성(viscoplastic) 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치(10).
  9. 청구항 제1항에 있어서, 상기 홈(24)들은 상기 운동 축(18)의 방향으로 넓어지는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치(10).
  10. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 요소(20)는 활사면 부(28)를 가지고, 그 위에서 상기 제 2 기계 부품(14)이 슬라이딩 클리어런스 폼 피트(sliding clearance form fit)로 가이드되고,
    상기 활사면 부(28)는 상기 제 1 기계 부품(12)을 확실히, 바람직하게는 완전히 누르는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치(10).
  11. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두 기계 부품(12, 14) 중 하나는 실린더로서 설정되고, 상기 두 기계 부품(12, 14) 중 다른 하나는 상기 실린더 내에서 가이드되는 피스톤으로서 설정되며,
    상기 밀봉 요소(20)는 환형의 방사상 밀봉 요소인 것을 특징으로 하는 밀봉 장치(10).
  12. 상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 유압 액츄에이터(hydraulic actuator), 특히 캡 틸트 실린더(cab tilt cylinder)로서, 진동 댐퍼(vibration damper)로서, 또는 쇽 업소버(shock absorber)로서 설정되는 밀봉 장치(10).
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