JP2009528481A - 圧力除去要素を備える封止装置と中間領域内に圧力カスケードを形成するための封止装置の使用法 - Google Patents

Abstract

低圧側（Ｎ）に関して高圧側（Ｈ）を封止するための相互に移動する２つのコンポーネント（２，３）の間の封止装置（１）において、封止構成（９）が高圧側の第１の環状溝（４）内に設けられ、１つ又は複数の圧力除去要素（１０ａ，１０ｂ）が第２の環状溝（１４ａ，１４ｂ）内に配置され、各圧力除去要素（１０ａ，１０ｂ）は平坦な圧力勾配を持つ第２の封止リング（１５ａ，１５ｂ）を有する。各圧力除去要素（１０ａ，１０ｂ）に対する流体力学的漏出速度は、特定の油圧がそれぞれの中間領域（Ｚ_ａ，Ｚ_ｂ）内で得られるように選択される。封止リング（５，１５ａ，１５ｂ）の流体力学的移送能力に加えて、本発明に係る封止装置（１）は、次の中間圧力領域の高圧側の中間領域圧力に対応する圧力上昇量を加えた値を超えて中間領域圧力が上昇した場合に中間領域（Ｚ_ｂ）の圧力除去のための逆止弁として働く圧力除去要素（１０ａ，１０ｂ）内に設けられた接続路（１７ａ，１７ｂ）による静圧除去能力を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、低圧側に関して高圧側を封止するための相互に移動する２つの対向コンポーネント間の封止装置に関する。外側コンポーネントは、封止構成を受容すべく内側コンポーネントに向かって開口する低圧側に面する環状溝だけでなく圧力除去要素を受容すべく内側コンポーネントに向かって開口する高圧側に面する第２の環状溝とを有する。封止構成は、弾性的に変形可能な材料から作られた第１の封止リング及び弾性的に変形可能な材料から作られた第１の予負荷リングを備える。第１の封止リングは、内側コンポーネント上に着座し、第１の予負荷リングにより半径方向に張力がかけられ、これにより第１の環状溝も封止される。

このような封止装置の作動中に、即ち、２つのコンポーネント間で相対的並進運動が生じているときに、個々の環状溝と環状溝の中に備えられている要素との間の中間領域内の媒体圧力上昇が発生し得る。これは、関連する設置スペース内にある、１つのコンポーネント、例えば、ピストンロッド又はピストンに関連する不利な速度により引き起こされ得る。シールと対向する走行面との間に不利な速度条件が生じた場合、シールの流体力学的復帰輸送特性は、伸長行程の結果として生じる潤滑油体積分が関連する中間領域内に移送され戻るには不十分なことがある。残留潤滑油が蓄積した結果として、中間領域内に圧力上昇が生じることがあり、これは、実際の動作圧力の何倍にもなり得る。このような圧力上昇は、これらのコンポーネントの破損、さらには破裂を引き起こすことすらあり、その結果、システム全体が機能停止することになる。

ＥＰ ０ ９４６ ８３７は、内側コンポーネント上に着座し、弾性的に変形可能な材料から作られた封止リングだけでなく、封止リングを半径方向に包囲し、第２の環状溝に関して封止し、弾性的に変形可能な材料から作られる引張リングをも備える圧力除去要素を開示している。高圧側と低圧側とを互いに接続するために使用される封止リング内の接続路は、この圧力除去要素を特徴付けている。接続路は、低圧側に関して高圧側を封止する封止リングにより閉じられ、圧力状況が逆転すると開かれる。上述の封止装置で使用されるこのような種類の圧力除去要素は、封止構成と圧力除去要素との間の中間領域内の圧力Ｐ_Ｚが高圧側の圧力Ｐ_Ｈを超える、即ちＰ_Ｚ＞Ｐ_Ｈとなると直ちに開かれる一種の逆止弁として使用される。接続路の開口部を通して、中間領域内の圧力を高圧側に逃がすことができる。圧力除去後、中間領域内の圧力は、高圧側の圧力と同じになり、Ｐ_Ｚ＝Ｐ_Ｈとなる。

本発明の基礎をなす目的は、圧力除去が最初に、中間圧力が封止されるべき高圧よりも実質的に大きくなったときに発生し得るような使用に応じて封止装置内の封止構成の圧力除去を制御することである。

この目的は、封止装置が１つ又は複数の第２の環状溝を有し、内側コンポーネントの上に着座し、弾性的に変形可能な材料から作られる第２の封止リングと、第２の環状溝を封止し、弾性的に変形可能な材料から作られると共に第２の封止リングを半径方向に引っ張る第２の予負荷リングとを有する第２の環状溝の各々の中に圧力除去要素が配置されるという点で、本発明により達成される。各圧力除去要素は、少なくとも１つの関連する接続路を有し、この接続路を使用して、封止構成と第１の圧力除去要素との間に配置された中間領域を高圧側に接続することができ、又は隣接する２つの圧力除去要素間の中間領域を高圧側に接続でき、又は隣接する２つの中間領域を互いに接続することができる。各接続路は、Ｐ_ＺＮ＞Ｐ_Ｈ又はＰ_ＺＮ＞Ｐ_ＺＨのときに閉じ、Ｐ_ＺＮ≧Ｐ_ｌｔ＋Ｐ_ｃｒｉｔのとき又はＰ_ＺＮ≧Ｐ_ＺＨ＋Ｐ_ｃｒｔのときに開く。ただし、Ｐ_Ｈは、高圧側の油圧であり、Ｐ_ＺＮは、低圧中間領域内の油圧であり、Ｐ_ＺＨは、中間領域の高圧側の油圧である。Ｐ_ｃｒｉｔは、圧力上昇値であり、この値で、又はこの値を超えると接続路が開く。

相互に移動する２つのコンポーネントを有する装置を封止するために、封止ギャップ内に一次シールが設けられる。一次シールは、封止構成の第１の環状溝内に配置されるシールである。一次シールの圧力除去を行うために、２つの環状溝が、圧力除去要素を有する高圧側に設けられる。封止装置において、内側及び外側コンポーネントは、第１及び第２の環状溝と共に内側及び外側コンポーネントが内側又は外側コンポーネント内に備えることができるように交換され得る。高圧側の１つ又は複数の圧力除去要素の構成は、高圧側の圧力が一次シールに直接負荷をかけないという利点を有する。これは、前後に並べて配置されている複数の圧力除去要素を有する構成において特に有利である。

１つ又は複数の圧力除去要素を持つ封止構成を有する封止装置では、１つ又は複数の中間領域が１つ又は複数の圧力除去要素と封止構成との間に設けられる。油圧動作時に、圧力除去要素により互いに分離されている各中間領域内に異なる油圧が発生することが可能である。隣接する中間領域の間の差圧は、関連する圧力除去要素にかかる圧力を定める。それぞれの圧力除去要素は、隣接する低圧側中間領域の圧力除去用の少なくとも１つの関連する接続路を有する。各接続路は、油圧Ｐ_ＺＮが存在する低圧側中間領域を油圧Ｐ_ＺＨが存在する隣接の高圧側中間領域と接続するか、又は高圧側の圧力Ｐ_Ｈに接続する。接続路は、Ｐ_ＺＮ≦Ｐ_ＺＨ又はＰ_ＺＮ≦Ｐ_Ｈのときに閉じられ、これにより、低圧側中間領域内の圧力Ｐ_ＺＨは、高圧側中間領域内の圧力Ｐ_ＺＨ又は高圧側の圧力Ｐ_Ｈ以下となる。この基本圧力状況において、封止リングは、高圧側中間領域又は低圧側中間領域に相対的な高圧側を封止する。本発明に係る接続路は、低圧側中間領域圧力が高圧側の圧力よりも高く、低圧側中間領域上の封止リングが高圧中間領域に関して、又は高圧側に関して中間領域を封止する反転された圧力状況Ｐ_ＺＮ＞Ｐ_ＺＨ又はＰ_ＺＮ＞Ｐ_Ｈが生じた場合に閉じられたままになる。接続路は、最初に、圧力上昇量Ｐ_ｃｒｉｔに等しいか、又は超えるＰ_ＺＮ≧Ｐ_ＺＨ＋Ｐ_ｃｒｉｔ又はＰ_ＺＮ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔのときに開く。したがって、圧力上昇量Ｐ_ｃｒｉｔは、接続路の臨界開口圧力を表す。

接続路により引き起こされる圧力除去は、複数の圧力除去要素が直列に配列されている場合に特に有利である。油圧動作時に、中間領域内の油圧の上昇程度は異なることがある。１つの中間領域の圧力除去は、高圧側の更なる、即ち、隣接する、中間領域の圧力にのみ依存する。圧力除去要素に作用する２つの隣接する中間領域の間の差圧Ｐ_ＺＮ−Ｐ_ＺＨ又は中間領域と高圧側との間の差圧Ｐ_ＺＮ−Ｐ_Ｈが、対応する関連の圧力上昇Ｐ_ｃｒｉｔ、Ｐ_ＺＮ−Ｐ_ＺＨ＝Ｐ_ｃｒｉｔ又はＰ_ＺＨ−Ｐ_Ｈ＝Ｐ_ｃｒｉｔに達するとすぐに、関連する接続路が開き、関連する結合圧力領域又は中間領域の間に圧力平衡が生じる。このようにして、本発明に係る封止装置を用いることで、高圧側の油圧動作圧力よりも低い中間圧力Ｐ_ＺＮ、Ｐ_ＺＨ＜Ｐ_Ｈであっても、すべての圧力条件Ｐ_ＺＮ−Ｐ_ＺＨ≧Ｐ_ｃｒｉｔの下で中間領域の圧力除去が生じる。

本発明に係る封止装置の好ましい一実施の形態では、複数の接続路のうちの少なくとも１つの接続路が、第２の封止リング又は第２の環状溝内に設けられる。

第２の封止リング内に設けられた接続路は、接続路の開閉に関して有利であるが、それというのも、両方の動作状態は、対応する第２の環状溝の溝表面上、又は対応する第２の予負荷リングの外面上に封止リングを着座させることで確実になされることが保証されるからである。圧力除去要素は、逆転した圧力関係Ｐ_ＺＨ＞Ｐ_ＺＨ又はＰ_ＺＮ＞Ｐ_Ｈの発生時に封止リング及び予負荷リングが高圧側に向かって変位するように第２の環状溝内に配置される。この場合、接続路の開口部の少なくとも１つ、通常は低圧側の開口部は、閉じたままである。更なる圧力上昇があると、圧力除去条件Ｐ_ＺＨ≧Ｐ_ＺＨ＋Ｐ_ｃｒｉｔ又はＰ_ＺＮ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔに達するまで、予負荷リング、封止リング、又は両方のリングが変形される。次いで、圧力媒体が、接続路を通り低圧側中間領域から高圧側に流れ込めるように、接続路が開かれる。これにより、圧力上昇量Ｐ_ｃｒｉｔは、接続路を解放するのに必要である、単位面積当たりの変形力に対応する。低圧側中間領域内に配置されている圧力媒体は、圧力除去要素に作用する差圧、即ち、Ｐ_ＺＨ−Ｐ_ＺＨが圧力上昇量Ｐ_ｃｒｉｔよりも低くなる圧力条件Ｐ_ＺＮ−Ｐ_ＺＨ＜Ｐ_ｃｒｉｔ又はＰ_ＺＮ−Ｐ_Ｈ＜Ｐ_ｃｒｉｔが満たされるまで、接続路を通って高圧側中間領域内に流れ込み、接続路は、予負荷リング及び／又は封止リングの対応する圧力除去、膨張、又は変位により閉じられる。圧力除去に続いて、低圧中間領域内の圧力条件Ｐ_ＺＮ≒（Ｐ_ＺＨ＋Ｐ_ｃｒｉｔ）又はＰ_ＺＮ≒（Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔ）が成立するが、これは高圧の側面圧力＋圧力上昇量よりも低い。

第２の環状溝内の接続路の構成は、第２の封止リングの封止機能が設置領域内の接続路により損なわれないという利点を有する。第２の環状溝内に設けられる接続路は、第２の予負荷リング又は第２のシールにより、又は両方により閉じられ、圧力除去構成において最初に開かれる。１つ又は複数の接続路が、環状溝内に構成される場合、通常はより経済的な方法で生産できる標準化された封止リング及び予負荷リングを利用できる。

圧力除去手順において封止リングの均等な圧力負荷を保証するために、複数の接続路が、封止リング又は環状溝の外周全体のまわりに規則正しい距離間隔で好適に設けられる。このようにして、外周全体のまわりに封止リングに負荷する圧力媒体は、中を通るように高圧側隣接中間領域に向けて均等に分配される。

接続路は、貫通孔として、切欠きとして、又は溝として好適に構成され得る。

貫通孔として規定された接続路の開閉は、複数の異なる単純な方法の本発明の封止装置により実現されうる対応する出口と入口の開閉により保証される。切欠き又は溝として構成される接続路は、第２の封止リング内に、又は第２の環状溝、特にフライス加工又は機械加工された第２の環状溝内に設けられる。これは、本発明に係る封止装置と共にそのコンポーネントの生産に関する利点を有する。

本発明に係る封止装置の好ましい一構成において、貫通孔は、溝の底部に面する外面と対応する封止リングの高圧側表面又はフランクとの間の射孔として好適に構成される。

２つの隣接する中間領域又は１つの最終中間領域及び高圧側を互いに接続する貫通孔は、少なくとも１つの低圧側開口部及び１つの高圧側開口部を有する。環状溝に面する対応する封止リング外面の溝の底部の低圧側開口部の構成は、この外面において、予負荷リングが基礎的な基本圧力状況Ｐ_ＺＮ≦Ｐ_ＺＨ又はＰ_ＺＮ≦Ｐ_Ｈと圧力状態Ｐ_ＺＮ＞Ｐ_ＺＨ又はＰ_ＺＮ＞Ｐ_Ｈの両方の下で封止リング上に着座し、これにより開口部を閉じるので、好ましくは有利である。更なる圧力上昇がある場合、予負荷リングは、圧力除去条件Ｐ_ＺＮ≧Ｐ_ＺＨ＋Ｐ_ｃｒｉｔ又はＰ_ＺＨ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔで変形され、低圧側開口部が解放されるまで、対応する環状溝の高圧側溝フランクに押し付けられる。

接続路は、封止リングの側面又はフランクにかかる高圧で、高圧側開口部が少なくとも圧力除去構成において解放されるような形で開く。このような理由から、貫通孔の高圧側の開口部は、通常傾斜した側面の内側構造コンポーネントの近くに通常配置される。出口開口部は、封止ギャップの高さで構成されることが多い。高圧側溝フランクのそばで開口部出口を封止するのは望ましくないが、これは、高圧側開口部出口が、内側コンポーネントから隔てられている内面又は階段状の表面に設けられるという点において、高圧側に向かって階段状の断面を有する封止リングを使用することにより回避される。

貫通孔の斜孔としての構成は、圧力除去手順において直接媒体圧力流が得られるという利点を有し、また経済的であり、生産するのも容易である。

貫通孔の外向き開口部は、外面の軸方向に沿うのが好ましい。

低圧側の出口開口部は、予負荷要素の着座面として使用される、外面上に配置されている。低圧側さらには高圧側中間領域に圧力の変化が生じると、第２の環状溝内に配置された要素の圧力に依存する変位及び変形が生じる。圧力構成Ｐ_ＺＮ＞Ｐ_ＺＨ又はＰ_ＺＮ＞Ｐ_Ｈにおいて、封止リングは、高圧側に向かう軸方向の予負荷引張リングと共に変位する。軸方向は、外側コンポーネント内での内側コンポーネントの並進運動の運動軸により定められる。低圧側にさらに圧力上昇が生じると、第２の環状溝の高圧溝フランクに押し付けられる予負荷リングの変形及び／又は圧縮が生じ、これにより、引き続いて低圧側に配置されている封止リングの外面が開く。外面上の開口部は、高圧側に向かって変位して遠ざかるほど、入口を開くために更に大きな圧力上昇が必要になる。したがって、低圧側の入口開口部の軸方向位置により、接続路の臨界開口圧力が決定され、関連する圧力上昇量Ｐ_ｃｒｉｔが定められる。低圧側の貫通孔の開口部入口の軸方向位置を選択することにより、圧力解放要素毎に特定の開口圧力を調節できる。複数の貫通孔が封止リング内に設けられている場合、低圧側の開口部入口は、同じ軸位置に好適に配置されるが、それは、他の開口部に相対的に先行する外面内の開口は他の開口部の前に解放されて、圧力除去が早過ぎることになるからである。

第２の封止リングは、好ましくは、貫通孔の１つの開口部入口が設けられる外面の放射状の広がりにそって設けられた切欠き又は溝を有する。

本発明に係る封止装置の実施の形態では、接続路は、封止リングの外周に沿って、又は外周の一部に沿って封止リングの外面上の半径方向に伸びる低圧側の切欠き内に導かれる。圧力除去条件Ｐ_ＺＮ≧Ｐ_ＺＨ＋Ｐ_ｃｒｉｔ又はＰ_ＺＮ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔが満たされると、予負荷リングの配向又は構成の変更により、放射状溝及び中の接続路開口部が開くことになる。この実施の形態は、封止リングの外周のまわりに配置され、放射状溝内に開く複数の接続路がある場合に特に有利であるが、それは、放射状溝の解放時にすべての接続路が同時に開き、圧力媒体が接続路のまわりに均等に分配され、高圧側の次の中間領域に流れ込むからである。

本発明に係る封止装置の更なる有利な構成において、切欠き又は溝は、溝の底部に面する外面及び対応する封止リングの高圧側フランク内に設けられる。

閉じられた状態では、この種の接続路又は溝は、外面に着座し、低圧中間領域に関して封止されている予負荷リングにより覆われる。溝又は切欠きは、外面に沿って高圧側に向かって延び、封止リングの側面に沿って高圧側上で続き、内側構造コンポーネントに面する封止リングの側縁のところで開く。切欠き又は溝の高圧側開口部は、接続路の閉じた状態と更に開いた状態の両方において通常開いている。接続路が、開いている場合、予負荷リングは、切欠き又は溝の低圧側が低圧中間領域に接続されるように変形され、これにより加圧流体が切欠き又は溝全体を通って高圧側中間領域内に流れ込むことができる。

切欠き又は溝は、軸方向に向くコンポーネントのさまざまな長さで外面上に好適に構成される。

溝又は切欠きは、軸方向に、又は軸方向に関するある角度で、外面上に伸びる。切欠き又は溝の低圧側端部の軸方向位置は、予負荷リングが高圧側に向かってどれだけ変位しなければならないかを決定する、即ち、低圧側端部を解放するために必要な変形又は力を決定する。その結果、圧力上昇量Ｐ_ｃｒｉｔは、外面上に伸びる溝又は切欠きの部分的セクションの軸縦方向コンポーネントにより定められる。この部分的領域の軸方向の広がりが短いほど、臨界開口圧力及び圧力上昇量Ｐ_ｃｒｉｔが大きくなる。

更に好ましい実施の形態では、接続路は、溝又は溝の底部にある切欠きとして構成され、第２の環状溝の高圧側溝フランクに設けられる。それとは別に、切欠き又は溝は、外側コンポーネント内の接続路として高圧側溝フランク内に構成され得る。

設置領域内に設けられた溝又は切欠きは、本発明に従って従来の封止予負荷リングを圧力除去に使用できるという利点を有する。低圧側の接続路の部分的長さは、溝の底部に構成され、ほとんどの実施の形態において、予負荷リングを使って閉じられるか、又は開かれる。低圧側部分品の長さ分の軸方向コンポーネントは、接続路の低圧側端部の軸方向位置、結果として、解放が生じるために超えなければならない必要な圧力上昇量Ｐ_ｃｒｉｔを規定する。高圧側部分長は、高圧側溝フランクにそって伸び、溝フランクの下端で終わるか、又は外側コンポーネントを通る接続路として延び、第２の環状溝と隣接する第２の環状溝との間の封止ギャップに接する外側コンポーネントの内面で終わる。接続路の高圧側出口は、この実施の形態では、常に開いており、接続路の開口部は、低圧側端部の開閉により規定され、制御される。

溝は、好適に、Ｖ字型溝又は矩形の溝である。

好ましい一実施の形態では、本発明に係る封止装置は、内側コンポーネントに向かって開かれ、内側コンポーネントに着座し、弾性的に変形可能な材料から作られたワイピングリング(wiping ring)が設けられた低圧側に面する外側コンポーネント内に配置された他の環状溝を有する。

高い動作圧を有する油圧装置では、本発明に係る封止装置が、高圧負荷一次シールの解放を行う。この構成では、一次シールは、他の環状溝内に配置された隣接ワイピングリングを有する。ワイピングリングの助けを借りて、外側コンポーネント内で平行移動する内側コンポーネントは、挿入時にクリーニングされる。このようにして、封止構成及び圧力除去要素を損傷させる可能性のある、汚れ又は異物が封止装置の中間領域内に入り込むことが回避される。

本発明の好ましい一構成では、予負荷がかかっているリングの少なくとも１つは、Ｏリング、４エッジリング、「ｑｕａｄ ｒｉｎｇ（登録商標）（米国ミネアポリスのＱｕａｄｉｏｎ社の登録商標）」、又は予成形部品である。

圧力除去要素の構成において、予負荷リングと封止リングとの間の着座面及び／又は封止リングと溝の底部との間の着座面は、その接続路の構成の実施の形態に依存する形で接続路の開閉に対し確定的である。４エッジリング又は予成形部品の場合、これらの着座面は平坦であり、２つのリングの間だけでなく、リングと設置領域との間の両方においてシールの着座を保証する。Ｏリング又は「ｑｕａｄ ｒｉｎｇ（登録商標）」は、圧力除去要素の設置状態において、予負荷リングとリングが圧力除去位置に押し込まれ得る環状溝との間に自由なギャップ領域が生じるため、圧力の上昇時に変形に関する利点を有する。

本発明に係る封止装置の更なる好ましい実施の形態では、外側コンポーネントはハウジング、特に、シリンダであり、内側コンポーネントはハウジング内で誘導されるピストンのピストンロッドであり、環状溝は、外側コンポーネント又は内側コンポーネント内のいずれかに構成される。

ハウジングピストンユニットは、多くの場合、高い動作圧を有する油圧装置である。圧力除去要素に関する本発明に係る構成では、一次シールが高負荷を受けるそのような高圧システムの圧力除去を行うことができる。挿入時にピストンロッドをクリーニングするため他の環状溝内に配置されたワイピングリングにより、封止構成が補完されうる。

本発明に係る封止装置の好ましい一構成では、２つの封止リングのうちの少なくとも１つのリングは、高圧側接触面角と低圧側接触面角を持つ封止エッジを有し、高圧側接触面角の大きさは、低圧側接触面角以下である。

封止の作用に関して、動的シールの予負荷及び接触圧力の依存性は、基本的に重要である。予負荷は、内側コンポーネントを外側コンポーネント内に取り付けるときに発生する。接触圧力の依存性は、封止面に伝達される封止リングの表面の加圧流体負荷の依存性に対応する。漏出速度は、取り除かれる油膜と入り込む油膜との差から決定される。流体力学的漏出速度は、高圧側までの接触領域における圧力勾配により決定される。圧力勾配は、封止エッジと封止される内側コンポーネントとの間の接触面角に依存する。高圧側の接触面角が急角度であれば、圧力勾配は急勾配となり、また漏出速度が遅くなるが、高圧側の接触面角が平坦に近いと、圧力勾配も平坦になり、漏出速度は速くなる。

封止装置の復帰移送能力が、運び出される油の量以上である限り、封止されたシステムについて説明する。このような目的のために、本発明により一次シールとして使用される、第１の環状溝内に配置される封止構成の第１のリングは、急な圧力勾配を有する。対応する封止リングの封止エッジが対称的又は非対称的接触面角を有し、高圧側の接触面角が低圧側に比べて小さく、その結果、圧力勾配が平坦になるという点で、漏出速度が制御されつつ圧力除去要素上で生じるようにできる。

さらに、封止表面の少なくとも１つは、好適に丸み付けられている。

封止エッジを丸み付けることで、封止リングと移動する内側コンポーネントとの間のいわゆる引きずり(drag)角に変化が引き起こされ、加圧状態における特定の漏出速度を規定されることができ、またこの丸み付けは、システムの要求条件に合わせて調節できる。

本発明は、さらに、中間領域圧力カスケードを調節する本発明に係る封止装置の使用法を含み、高圧側及び低圧側の接触面角は、加圧状態において外側コンポーネント内の内側コンポーネントの前後移動時に、各封止リングに適している漏出速度が隣接する低圧側中間領域における対応する圧力除去要素内の、及び圧力除去要素上の油圧を調節する方法により規定されるように選択される。

接触面角を使うことで、各圧力除去要素の高い動的漏出は、特定の油圧が各中間領域に存在するような方法で調節される。このようにして、本発明に係る封止装置では、好ましい実施の形態において高圧側から低圧側にカスケード状に減少する、規定された中間圧力が調節される。各圧力除去要素は、封止構成における圧力工程を構成し、その量は対応する要素内の差圧に対応する。封止リングの高い動的復帰移送能力に加えて、本発明に係る封止装置は、更に、圧力除去要素に設けられた接続路による静圧除去能力(hydrostatic relief capability)も有する。接続路の弁機能により、高圧側隣接中間領域の中間領域圧力に対応する圧力上昇量を加えた値よりも高い中間領域圧力の上昇があった場合に中間領域の圧力除去が生じる。

本発明に係る封止装置の個々の要素が適切に最適化される場合、油圧システム内のシステム圧力又は作動圧力は、圧力システムの機能又は寿命を損なうことなく高められる。圧力除去要素の背後の定められた圧力を用いることで、システム全体の摩擦及び寿命に積極的な影響を及ぼす封止装置の封止ギャップ内の潤滑油膜形成が改善され得る。この最適な条件は、圧力除去要素の圧力解放の開口圧力、即ち圧力上昇量を調節することで満たされる。低圧側の開口部出口、即ち、低圧側の接続路の端部は、第２の封止リング又は第２の予負荷リングの内側の外径上に又は第２のリング溝内に、軸方向に異なる形で配置され、これにより、互いに関する圧力除去要素の圧力依存変位の結果、調節可能な高いか、又は低い開口圧力が生じる。

高い動的移送能力と静圧除去との間の協力的相互作用により、例えば圧力除去路を持つ圧力シールと関連する隣接二次シールを有する封止装置を使用し、有利な動作条件の下で、外方向の漏れが改善されるか、又はまったくない状態の長時間動作を続けられる。

中間圧力カスケードの調節のための本発明に係る封止装置の他の好ましい応用において、中間領域内の油圧は、等しい差圧が各第２の封止リング上に生じるように調節される。

この種の本発明の封止装置の応用の利点は、すべての圧力除去要素が、全く同じようにして、高い圧力で加圧された一次シールの圧力除去に寄与する点である。これにより、等しい階段状中間領域圧力カスケードの個々のコンポーネントに対し、同じ程度の負荷がかかり、その結果、封止装置全体の寿命が延びる。

本発明の更なる利点は、説明と図面とから引き出される。本発明に係る封止装置は、図１から図４の実施の形態の全体及び各コンポーネントで表される。図に示されている実施の形態は、かなり省略された図であり、また縮尺通りでない。

図１は、低圧Ｎに関して高圧側Ｈを封止するための隣接する２つの移動コンポーネントの間の本発明に係る封止装置１を示している。内側コンポーネント２は、軸方向２０に並進運動を実行できるように外側コンポーネント３内に配置されている。外側コンポーネント３は、シリンダ状ハウジングであり、内側コンポーネント２は、ハウジング内で案内されるピストンのピストンロッドである。内側コンポーネント２及び外側コンポーネント３の交換も考えられ、例えば、外側コンポーネント３をピストンとして、内側コンポーネント２を管として構成することができる。図１は、縦方向断面における封止装置１の上半分の領域を示している。

外側コンポーネント３は、内側コンポーネント２に向かって開口する合計３つの環状溝を有する。第１の環状溝４が低圧側Ｎに面し、第２の環状溝１４ａ及び１４ｂが高圧側Ｈに面している。封止構成９は、第１の環状溝４内に配置され、第１の環状溝４は、弾性的に変形可能な材料から作られた内側コンポーネント２に着座している第１の封止リング５を有し、弾性的に変形可能な材料から作られ、封止リング５に半径方向に負荷をかけると共にリング溝４を封止する第１の予負荷リング６を囲む。第１の予負荷リング６は、エラストマから作られたＯリングとして構成される。この封止構成は、一次シールとして使用され、したがって、第１の封止リングの封止エッジ８は、急な圧力勾配を有する。急な圧力勾配及び関連する低い漏出速度は、第１の封止リング５及び内側コンポーネント２間の高圧側接触面角αと低圧側接触面角βに依存し、高圧側接触面角αは低圧側接触面角βよりも大きい。

第２の環状溝１４ａ内には第１の圧力除去要素１０ａが設けられ、他の第２の環状溝１４ｂ内には他の圧力除去要素１０ｂが設けられる。圧力除去要素１０ａ及び１０ｂは、夫々第２の封止リング１５ａ及び１５ｂを備え、第２の封止リング１５ａ及び１５ｂは、弾性的に変形可能な材料から作られた内側コンポーネント２及び弾性的に変形可能な材料から作られた対応する第２の予負荷リング１６ａ及び１６ｂ上に着座しており、対応する封止リング１５ａ及び１５ｂに半径方向に負荷をかけて対応する第２のリング溝１４ａ及び１４ｂを封止する。第１の圧力除去要素１０ａ上の第２の予負荷リング１６ａはＯリングであり、第２の予負荷リング１６ｂは予成形部品である。第２の封止リング１５ａ及び１５ｂは、封止エッジ１８ａ及び１８ｂと共に内側コンポーネント２に着座し、対応する高圧側接触面角α_ａ及びα_ｂは、夫々、対応する低圧側接触面角β_ａ、β_ｂよりも小さい。その結果得られる表面圧力勾配も、１つの封止エッジにおいて、対称的、即ち、等しい接触面角をにより達成され得る。さらに、引きずり(drag)依存性は、封止エッジの丸み付けにより影響を受ける可能性がある。

第１の圧力除去要素１０ａ及び他の圧力除去要素１０ｂの封止構成９における直列配置は、封止構成９及び第１の圧力除去要素１０ａ間の第１の中間領域Ｚ_ａと第１の圧力除去要素１０ａ及び他の圧力除去要素１０ｂ間の第２の中間領域Ｚ_ｂを規定する。封止エッジ１８ａ及び１８ｂ上の表面圧力勾配を使用して、加圧状態において外側コンポーネント３内の内側コンポーネント２の並進運動時に圧力除去要素１０ａ及び１０ｂに対するある種の漏れを規定することができる。関連する漏出速度は、圧力除去要素に接する中間領域内の低圧側の油圧を決定し、第１の圧力除去要素１０ａについては、第１の中間領域Ｚ_ａ内の圧力Ｐ_Ｚａ、他の圧力除去要素１０ｂについては、他の中間領域Ｚ_ｂ内の圧力Ｐ_ＺＢを決定する。中間領域圧力Ｐ_ＺＡ及びＰ_ＺＢは、封止装置において、低圧側の圧力Ｐ_Ｎから高圧側の圧力Ｐ_Ｈへの段階的上昇がＰ_Ｎ＜Ｐ_ＺＡ＜Ｐ_ＺＢ＜Ｐ_Ｈとして生じるように調節される。いくつかの中間領域圧力Ｐ_ＺＡ及びＰ_ＺＢの選択により、等しい階段状圧力カスケードを調節することができ、これにより、封止構成９さらには両方の圧力除去要素１０ａ及び１０ｂ、特に、第１の封止リング５並びに第２の封止リング１５ａ及び１５ｂは、等しい差圧Ｐ_ＺＡ−Ｐ_Ｎ＝Ｐ_ＺＢ−Ｐ_ＺＡ＝Ｐ_Ｈ−Ｐ_ＺＢで負荷をかけられる。図１は、中間領域カスケード内の基礎的な圧力構成Ｐ_Ｎ＜Ｐ_ＺＡ＜Ｐ_ＺＢ＜Ｐ_Ｈを示している。封止構成９の低圧側は、第１の環状溝４上に着座し、これにより、低圧側Ｎに関して第１の中間領域Ｚ_ａを封止する。

第１の圧力除去要素１０ａの第２の封止リング１５ａは、第１の中間領域Ｚ_ａと他の中間領域４との間の接続路として使用される貫通孔１７ａを有する。貫通孔１７ａは、溝１９ａの底部に面する外面１１ａと高圧側に面する第２の封止リング１５ａの側面１２ａとの間の斜孔である。貫通孔１７ａの出口開口部の高圧側を有効にするために、側面フランク１３ａの傾斜した側面１２ａが好ましいが、それは、内側コンポーネント２に近接する側面１２ａが、反転した圧力構成Ｐ_ＺＡ＞Ｐ_ＺＢで第２の環状溝１４ａ上に着座しないからである。貫通孔１７ａの低圧側出口開口部は、外面１１ａの軸方向２０の高圧側Ｈに関して変位される。第２の封止リング１５ａは、外面１１ａの半径方向に沿って配置された他の溝又は切欠きを有することができ、第２の封止リング１５ａ内に設けられたすべての貫通孔の低圧側で出口開口部を受容する。基本的圧力状況Ｐ_ＺＡ＜Ｐ_ＺＢでは、低圧側の圧力除去要素１０ａは、第２の環状溝１４ａ上に着座し、貫通孔１７ａは、外面１１ａ上に着座する第２の予負荷リング１６ａにより閉じられる。

他の圧力除去要素１０ｂの第２の封止リング１５ｂは、第２の環状溝１４ｂの溝底部１９ｂに面する外面１１ｂ、さらには、他の中間室Ｚ_ｂ及び高圧側Ｈを互いに接続するために使用できる高圧側フランク１３ｂ内に伸びる切欠き１７ｂを有する。切欠き１７ｂは、溝とすることができる。外面１１ｂ内に伸びる切欠き１７ｂの部分的広がりの軸方向２０内の縦方向コンポーネントは、外面１１ｂの全長よりも短く、その結果、切欠きの低圧側端は、高圧側Ｈに向かって変位する。図示されている基本的圧力状況Ｐ_Ｚｂ＜Ｐ_Ｈでは、第２の封止リング１５ｂ及び他の圧力除去要素１０ｂの第２の予負荷リング１６ａは、第２の環状溝１４ｂの低圧側溝フランク上に着座し、第２の予負荷リング１４ｂは、外面１１ｂ上に載る広い面積を使って切欠き１７ｂの低圧側端部を閉じる。切欠き１７ｂの高圧端部は、傾斜側面１２ｂのエッジ内に入り込み、開いた状態にある。

図２は、図１に係る封止装置１において図１の個々の要素の位置が圧力除去構成Ｐ_Ｚｂ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔの発生の下でどのように変化するかを示している。この圧力除去構成では、他の中間領域Ｚ_ｂ内の圧力Ｐ_Ｚｂは、高圧側の圧力Ｐ_Ｈを超え、その結果、他の圧力除去要素１０ｂは、方向２１に押されて高圧側Ｈに向かい、その結果、高圧側で着座する第２の環状溝１４ｂ上のフランクに当たる。他の領域の圧力Ｐ_Ｚｂの他の上昇に応じて、第２の予負荷リング１６ｂが作動され、第２の環状溝１４ｂの高圧側溝フランクに向かう他の変位を生じる。第２の予負荷リングのこの運動に応じて、圧力除去状況Ｐ_Ｚｂ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔにおける刻み面１７ｂは、開かれ、中間領域Ｚ_ｂ内に配置される圧力媒体が、方向２２に流れ、切欠き１７ｂ内を流れ、方向２３に入り込み、高圧側Ｈに進む。他の中間領域Ｚ_ｂのこの圧力除去は、低圧側の過度の圧力がもはや圧力上昇量Ｐ_ｃｒｉｔ，Ｐ_Ｚｂ−Ｐ_Ｈ＜Ｐ_ｃｒｉｔを超えなくなり、第２の予負荷リング１６ｂがもはや、もう一度外面１１ｂ上の予負荷リング１７ｂの着座により切欠き１７ｂの低圧側端部が閉じられるように高圧側に向かう方向に十分変形されなくなるまで行われる。

封止構成９の位置も第１の圧力除去要素１０ａの位置も、圧力条件Ｐ_Ｚｂ＞Ｐ_Ｈ，さらには圧力除去位置Ｐ_Ｚｂ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔにおいて変化しないが、それは条件Ｐ_Ｎ＜Ｐ_Ｚａ＜Ｐ_Ｚｂが成立し続けるからである。これにより、他の中間領域Ｚ_ｂの圧力除去は、封止構成９に影響を及ぼさず、このことが一次シールの圧力除去に対する多段圧力カスケードの有効性及び利点を際だたせている。

図３は、本発明に係る封止装置の例示的な圧力除去要素の断面図を示している。圧力除去要素１０ｃは、外側コンポーネント３内に構成される第２の環状溝１４ｃ内に配置され、要素１０ｃは内側コンポーネント２上に着座した第２の封止リング１５ｃと共に予負荷リング１６ｃをも備える。圧力除去要素１０ｃは、第２の環状溝１４ｃ内に配置されている設置領域内の溝１７ｃとして構成される、関連する接続路を有する。溝１７ｃは、矩形溝であり、第２の環状溝１４ｃの高圧側の溝底部１９ｃだけでなく溝側面２９ｃ内も通る。図に示されている基本的構成では、圧力除去要素１０ｃは、低圧側に接する中間領域１６ｃに関して高圧側Ｈを封止し、溝１７ｃは、圧力解放路として使用され、第２の予負荷リング１６ｃにより封止される。

図４は、本発明に係る封止装置の圧力除去要素の付加的実施例の切断図を示している。環状溝１４ｄは、外側コンポーネント３内に設けられ、内側コンポーネント上に着座した第２の封止リング１５ｄ、及び第２の予負荷リング１６ｄを備える圧力除去要素１０ｄを含む。圧力除去要素１０ｄは、第２の環状溝１４ｄ及び外側コンポーネント３内の設置領域に設けられている関連する接続路１７ｄを有する。接続路１７ｄは、切欠き又は溝の形で第２の環状溝１４ｄの溝底部１９ｄ内に構成され、外側コンポーネント３内の貫通孔の形で、高圧側溝フランク２９ｄを通って伸びる。図４は、第２の封止リング１５ｄ及び第２の予負荷リング１６ｄが第２の環状溝１４ｄの高圧側溝フランク２９ｄに着座する圧力除去構成を示している。第２の予負荷リング１６ｄの圧力に関係する変形により、溝底部１９ｂ内に構成された接続路１７ｄの低圧側開口部が開き、これにより、油圧液が中間体積部分又は領域Ｚ_ｄ内の低圧側から矢印２４の方向に接続路１７ｄ内を流れ、内側コンポーネント２と外側コンポーネント３の間の封止ギャップのところで高圧側Ｈの矢印２５の方向に外側コンポーネント３の内面３０ｄに入り込む。

低圧側に関して高圧側を封止するための２つの相互に移動するコンポーネントの間の封止装置は、第２の環状溝内に配置された１つ又は複数の圧力除去要素を有する第１の環状溝内に配置された封止構成を有する。圧力除去要素は、それぞれ、平坦な圧力勾配を持つ第２の封止リングを有する。圧力除去要素のそれぞれに対する高い動的漏出速度は、特定の油圧が各中間領域内に存在するように、また、中間領域圧力カスケードが構成されるように調節される。封止リングの高い動的移送能力に加えて、本発明に係る封止装置は、静圧除去のオプション機能を有しており、これにより、圧力除去要素に隣接するか、又は圧力除去要素内に構成される接続路は、高圧側の隣接する中間体積分の中間体積圧力に対応する圧力解放量を加えた値を超える中間体積分における圧力の上昇に応じた中間体積分の圧力除去に対する逆止弁として働く。

基礎的な圧力状況における例示的な封止装置の断面図である。 圧力除去構成の図１の例示的な封止装置の断面図である。 本発明に係る封止装置の例示的な圧力除去要素の断面図である。 本発明に係る封止装置の圧力除去要素の付加的実施例の断面図である。

符号の説明

１ 軸止装置
２ 内側コンポーネント
３ 外側コンポーネント
４ 第１の環状溝
５ 第１の封止リング
６ 第１の予負荷リング
８ 封止エッジ
９ 封止構成
１０ａ 第１の圧力除去要素
１０ｂ 他の圧力除去要素
１４ａ，１４ｂ 第２の環状溝
１５ａ，１５ｂ 第２の封止リング
１６ａ，１６ｂ 第２の予負荷リング
１８ａ，１８ｂ 封止エッジ

Claims (17)

1. 低圧側（Ｎ）に関して高圧側（Ｈ）を封止するための相互に移動する２つのコンポーネント（２、３）間の封止装置であって、外側コンポーネント（３）は、内側コンポーネント（２）に向かって開口し、前記低圧側（Ｎ）に面する第１の環状溝（４）と、前記内側コンポーネント（２）に向かって開口し、前記高圧側（Ｈ）に面する少なくとも１つの他の環状溝（１４ａ，１４ｂ，…）とを有し、前記第１の環状溝（４）内に、前記内側コンポーネント（２）上に着座し、弾性的に変形可能な材料から作られた第１の封止リング（５）と、前記第１の封止リング（５）上に半径方向に広がると共に前記環状溝（４）を封止し、弾性的に変形可能な材料から作られた予負荷リング（６）とを有する封止構成（９）が設けられ、前記第２の環状溝（１４ａ，１４ｂ，…）の各々の中に圧力除去要素（１０ａ、１０ｂ、…）が設けられ、前記圧力除去要素（１０ａ，１０ｂ，…）は、前記内側コンポーネント（２）上に着座し、弾性的に変形可能な材料から作られた第２の封止リング（１５ａ，１５ｂ，…）と、前記第２の封止リング（１５ａ，１５ｂ，…）上に半径方向に広がると共に前記第２の環状溝（１４ａ，１４ｂ，…）を封止し、弾性的に変形可能な材料から作られる第２の予負荷リング（１６ａ，１６ｂ，…）とを有し、各圧力除去要素（１０ａ，１０ｂ，…）は、これらに関連付けられた少なくとも１つの接続路（１７ａ，１７ｂ，…）を有し、当該接続路は、前記封止構成（９）及び前記第１の圧力除去要素（１０ａ）間の中間領域（Ｚ_ａ）又は隣接する２つの圧力除去要素（１０ａ，１０ｂ）間の中間領域（Ｚ_ｂ）を前記高圧側（Ｈ）に接続することができるか、又は隣接する２つの中間領域（Ｚ_ａ，Ｚ_ｂ，…）を互いに接続することができ、各接続路（１７ａ，１７ｂ，…）は、圧力構成Ｐ_ＺＮ＞Ｐ_Ｈ又はＰ_ＺＮ＞Ｐ_ＺＨにおいて閉じられ、圧力除去構成Ｐ_ＺＮ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔ又はＰ_ＺＮ≧Ｐ_ＺＨ＋Ｐ_ｃｒｉｔにおいて開き、Ｐ_Ｈは、高圧側（Ｈ）の油圧であり、Ｐ_ＺＮは、前記低圧側中間領域の油圧であり、Ｐ_ＺＨは、高圧側中間領域の油圧であり、Ｐ_ｃｒｉｔは、この圧力を超えると前記接続路（１７ａ，１７ｂ，…）を開く圧力上昇量である、相互に移動する２つのコンポーネント（２，３）間の封止装置。
2. 前記接続路（１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ）のうちの少なくとも１つの接続路は、前記第２の封止リング（１５ａ，１５ｂ）又は前記第２の環状溝（１４ｃ，１４ｄ）内に設けられることを特徴とする請求項１に記載の封止装置。
3. 前記接続路は、貫通孔（１７ａ，１７ｄ）、切欠き（１７ｂ）、又は溝（１７ｃ）であることを特徴とする請求項２に記載の封止装置。
4. 前記貫通孔（１７ａ）は、特に、前記溝（１９ａ）の底部に面する外面（１１ａ）と前記対応する封止リング（１５ａ）の高圧側表面又はフランク（１２ａ、１３ａ）との間に配置された斜めの貫通孔であることを特徴とする請求項３に記載の封止装置。
5. 前記貫通孔（１７ａ）の開口部出口の１つは、前記外面（１１ａ）の軸方向に沿って配置されることを特徴とする請求項４に記載の封止装置。
6. 前記第２の封止リング（１５ａ，１５ｂ）は、前記貫通孔（１７ａ）の出口開口部が設けられる前記外面（１１ａ，１１ｂ）の半径方向に沿って配置された切欠き又は溝を有することを特徴とする請求項４に記載の封止装置。
7. 前記切欠き（１７ｂ）又は溝は、前記溝（１９ｂ）の底部に面する外面（１１ｂ）及び前記対応する封止リング（１５ｂ）の高圧側フランク（１３ｂ）内に設けられることを特徴とする請求項３に記載の封止装置。
8. 前記切欠き（１７ｂ）又は溝は、軸方向コンポーネントに関して異なる長さを有する前記外面（１１ｂ）内に形成されることを特徴とする請求項７に記載の封止装置。
9. 前記接続路（１７ｃ，１７ｄ）は、前記溝（１９ｃ，１９ｄ）の底部内に溝又は切欠きの形で、また第２の環状溝（１４ｃ，１４ｄ）の高圧側溝フランク（２９ｃ，２９ｄ）内に設けられ、それとは別に、前記切欠き又は溝は、前記外側コンポーネント（３）内の貫通孔の形で前記高圧側溝フランク（２９ｃ，２９ｄ）内に形成され得ることを特徴とする請求項２に記載の封止装置。
10. 前記溝は、Ｖ字型溝又は矩形溝であることを特徴とする請求項３、又は６乃至９のいずれか１項に記載の封止装置。
11. 他の環状溝は、前記内側コンポーネント（２）に向かって開口し、前記内側コンポーネント（２）に着座し、弾性的に変形可能な材料から作られたワイピングリングを有する前記低圧側（Ｎ）に面する前記外側コンポーネント（３）内に設けられることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の封止装置。
12. 前記予負荷リング（６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ）の少なくとも１つは、Ｏリング、４エッジリング、「ｑｕａｄ−ｒｉｎｇ（登録商標）」、又は予成形部品であることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の封止装置。
13. 前記外側コンポーネント（３）は、ハウジング、特に、シリンダであり、前記内側コンポーネント（２）は、前記ハウジング内で誘導されるピストンのピストンロッドであり、前記環状溝（４，１４ａ，１４ｂ）は、前記外側コンポーネント（３）又は前記内側コンポーネント（２）のいずれかに構成されることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の封止装置。
14. 前記他の封止リング（１５ａ，１５ｂ）のうちの少なくとも１つは、高圧側接触面角（α_ａ，α_ｂ）と低圧側接触面角（β_ａ，β_ｂ）を持つ封止エッジ（１８ａ，１８ｂ）を有し、前記高圧側接触面角（α_ａ，α_ｂ）の大きさは、前記低圧側接触面角（β_ａ，β_ｂ）以下であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の封止装置。
15. 前記封止エッジ（１８ａ，１８ｂ）のうちの少なくとも１つは丸み付けられていることを特徴とする請求項１４に記載の封止装置。
16. 中間領域圧力カスケードを調節するための請求項１４又は１５に記載の封止装置の使用法であって、前記高圧側及び低圧側接触面角（α_ａ，β_ａ，α_ｂ，β_ｂ，…）は、加圧状態において前記外側コンポーネント（３）の前記内側コンポーネント（２）の前後運動時に、各個別封止リング（１５ａ，１５ｂ，…）について規定される漏出速度が確定され、これにより前記低圧側中間領域（Ｚ_ａ，Ｚ_ｂ，…）内の前記油圧が調節されるように、選択されることを特徴とする封止装置の使用法。
17. 前記中間領域（Ｚ_ａ，Ｚ_ｂ，…）間の油圧は、各第２の封止リング（１５ａ、１５ｂ、…）間で同じ差圧が生じるように調節されることを特徴とする請求項１６に記載の中間領域圧力カスケードを調節するための封止装置の使用法。

Images