JP2018505356A - 圧力除去要素を備える封止装置と、中間領域圧力カスケードを生じさせるための該封止装置の使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧状態において、また内側コンポーネントが外側コンポーネント内で前後移動を行う際に、封止リングの漏出速度は特定の漏出速度となり、それを介して低圧側中間領域の油圧が調整されるという技術的利点を備える、製造がより容易でより安価な封止装置を提供する。【解決手段】本発明は、運動軸に沿って互いに対して並進運動可能な２つのコンポーネント（１２，１４）間の封止装置（１０）であって低圧側（Ｎ）から高圧側（Ｈ）を封止するための封止装置（１０）に関し、この封止装置は圧力除去要素を備える。本発明はさらに、中間領域圧力カスケードを生じさせるための、かかる封止装置の使用方法に関する。【選択図】図１

Description

本発明は２つのコンポーネント間の封止装置に関し、該２つのコンポーネントは、低圧側から高圧側を封止するために、運動軸に沿って互いに対して並進運動可能である封止装置に関する。この封止装置では、外側コンポーネントが、内側コンポーネントに対して開口し、低圧側（Ｎ）に面した第１の環状溝と、内側コンポーネントに対して開口し、高圧側に面した、少なくとも１つの第２の環状溝とを有する。第１の環状溝内にはシール構造が設けられ、そのシール構造は、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を支持する第１の封止リングと、弾性的に変形可能な材料から作られた、第１の封止リングに半径方向に張力をかけ、第１の環状溝からそれを封止する第１のプリテンションリングとを有する。全ての第２の環状溝には圧力除去要素が設けられ、その圧力除去要素は、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を支持する第２の封止リングと、弾性的に変形可能な材料から作られた、第２の封止リングに半径方向に張力をかけ、第２の環状溝からそれを封止する第２のプリテンションリングとを有する。

第２の封止リングは、高圧側接触面角および低圧側接触面角を持つ封止エッジを有し、各圧力除去要素には少なくとも１つの接続路が付与され、その接続路を介して、シール構造と第１の圧力除去要素との間の中間領域が高圧側と接続可能であるか、もしくは、２つの隣接する圧力除去要素間の中間領域が高圧側と接続可能であるか、または、２つの隣接する中間領域が接続路を介して互いに接続可能である。

各接続路は、圧力状況Ｐ_ＺＮ＞Ｐ_ＨまたはＰ_ＺＮ＞Ｐ_ＺＨにおいて閉じられ、圧力除去状況Ｐ_ＺＮ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔまたはＰ_ＺＮ≧Ｐ_ＺＨ＋Ｐ_ｃｒｉｔにおいて開かれる。ここで、Ｐ_Ｈは高圧側の油圧、Ｐ_ＺＮは低圧側中間領域の油圧、Ｐ_ＺＨは高圧側中間領域の油圧である。Ｐ_ｃｒｉｔは圧力上昇値であり、圧力上昇値がＰ_ｃｒｉｔであるとき、またはＰ_ｃｒｉｔを上回るときに接続路が開かれ、Ｐ_ｃｒｉｔは第２のプリテンションリングの変形によって定められる。接続路は、圧力状況Ｐ_ＺＮ＞Ｐ_ＨまたはＰ_ＺＮ＞Ｐ_ＺＨにおいて第２のプリテンションリングによって閉じられ、第２の封止リングの封止エッジの高圧側接触面角が、封止エッジの低圧側接触面角以下となる。それによって、加圧状態において、また内側コンポーネントが外側コンポーネント内で前後移動を行う際に、封止リングの漏出速度は特定の漏出速度となり、それを介して低圧側中間領域の油圧が調整される。

この種類の封止装置は、特許文献１から既知である。しかしながら既知の封止装置は、非常に複雑な組み立てが伴い、製造が高価である。

欧州特許第１９９１８００号明細書

したがって本発明の目的は、上記の技術的利点を備え、概して、製造がより容易でより安価な封止装置を規定することである。

本発明に係る目的は、請求項１に記載の特徴を持つ封止装置によって実現する。

本発明に係る封止装置では、少なくとも１つの圧力除去要素の、第２の封止リングおよび第２のプリテンションリングが相互に一体に構成され、さらにポリウレタンから形成される。ここでＰ_ｃｒｉｔは、第２のプリテンションリングの、運動軸に対して半径方向への少なくとも部分的な変形によって定められる。そのため、第２の封止リングおよび第２のプリテンション要素は、全体的に製造公差を抑え、安価な材料から単一のコンポーネントとして一緒に製造できる。さらに、それによって封止装置の組み立てを簡略化できる。したがって本発明に係る封止装置は概して、より容易により安価に製造できる。

本発明によれば、改めて述べると、各圧力除去要素の、相互に一体に構成され、ポリウレタンから形成される第２の封止リングおよび第２のプリテンションリングによって、圧力除去要素が複数ある場合の封止装置の製造および組み立てにおける複雑さを、さらに低減することができる。

本発明に係る封止装置では、高圧側の圧力が一次シールを直接支持しない。この利点は、複数の圧力除去要素を直列に接続して配置する場合に、特に影響を与える。シール構造および１つ以上の圧力除去要素を備えた封止装置のこの構造において、圧力除去要素とシール構造との間に１つ以上の中間領域を設ける。油圧動作中には、圧力除去要素によって互いに分離した個々の中間領域において、異なる油圧を生じさせることができる。隣接中間領域間の差圧によって、対応する圧力除去要素にかかる圧力が決定される。各圧力除去要素には、低圧側の上記の圧力除去要素に接する低圧側中間領域における圧力を除去するための、少なくとも１つの接続路が付与される。各接続路によって、油圧Ｐ_ＺＮが生じる低圧側中間領域が、高圧側に面した、油圧Ｐ_ＺＨが生じる高圧側中間領域に、または高圧Ｐ_Ｈを有する高圧側に接続される。低圧側中間領域における圧力Ｐ_ＺＮが、高圧側中間領域の圧力Ｐ_ＺＨ以下、または高圧側の圧力Ｐ_Ｈ以下である、封止装置が基本圧力状況Ｐ_ＺＮ≦Ｐ_ＺＨまたはＰ_ＺＮ≦Ｐ_Ｈのとき、接続路は閉じられる。この基本圧力状況において、封止リングは、高圧側中間領域または高圧側を低圧側中間領域から封止する。低圧側中間領域の圧力が高圧側圧力を上回り、封止リングが低圧側中間領域を高圧側中間領域から、または高圧側から封止する、という反転された圧力状況Ｐ_ＺＮ＞Ｐ_ＺＨまたはＰ_ＺＮ＞Ｐ_Ｈのときにも、本発明に係る接続路は閉じたままである。圧力上昇値Ｐ_ｃｒｉｔに達する、またはそれを上回る圧力除去状況Ｐ_ＺＮ≧Ｐ_ＺＨ＋Ｐ_ｃｒｉｔまたはＰ_ＺＮ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔが満たされるときのみ、接続路が開かれる。圧力上昇値Ｐ_ｃｒｉｔは、接続路の臨界開口圧力を構成し、プリテンションリングの変形によって定められる。

一方向に有効な接続路を介した圧力除去は、複数の圧力除去要素が一列に並べられる場合に特に有利である。油圧動作中に、中間領域内の油圧の上昇程度は異なることがある。中間領域の圧力除去は、別の中間領域、すなわち高圧側の隣の中間領域の圧力にのみ依存する。圧力除去要素に接する２つの中間領域間の差圧Ｐ_ＺＮ−Ｐ_ＺＨ、または中間領域と高圧側との間の差圧Ｐ_ＺＮ−Ｐ_Ｈがそれぞれの圧力上昇値Ｐ_ｃｒｉｔに達してＰ_ＺＮ−Ｐ_ＺＨ＝Ｐ_ｃｒｉｔまたはＰ_ＺＮ−Ｐ_Ｈ＝Ｐ_ｃｒｉｔになるとすぐに、対応する接続路が開き、それによって、互いに接続する圧力領域間または中間領域間の均圧化が行われる。本発明に係る封止装置では、これはＰ_ＺＮ−Ｐ_ＺＨ≧Ｐ_ｃｒｉｔである全ての圧力において、特に、中間領域圧力Ｐ_ＺＮが高圧側で生じる油圧動作圧力を下回る、Ｐ_ＺＨ＜Ｐ_Ｈにおいて、中間領域の圧力が除去されるという効果を有する。第２の封止リングの封止エッジの高圧側接触面角がそれぞれ、封止エッジの低圧側接触面角以下であり、それによって、加圧状態において、また内側コンポーネントが外側コンポーネント内で前後移動を行う際に、封止リングに対して特定の漏出速度が設定され、それを介して低圧側中間領域の油圧が調整される。

封止の構造に関して、動的シールの予張力および接触圧力曲線は最も重要である。予張力は、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際に発生する。接触圧力曲線は、封止リングの圧力流体負荷面から封止面に伝達される張力に対応する。引き込まれる油膜と引き出される潤滑膜とのバランスによって、漏出速度が定められる。流体力学的漏出速度は、高圧側方向の接触領域における圧力勾配により規定される。圧力勾配は、封止エッジと封止されるべき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、急勾配の圧力勾配が生じ、漏出速度が遅くなるが、高圧側の接触面角が浅いと、圧力勾配はゆるやかになり、漏出速度は速くなる。

封止装置の再循環能力が吐出油量以上である限り、耐漏洩性システムの説明が可能である。したがって、本発明に係る封止装置において、第１の環状溝に配置され、一次シールとして機能するシール構造の第１の封止リングは、急勾配の圧力勾配を有する。一方、圧力除去要素では、対応する封止リングの封止エッジが対称的接触面角または非対称的接触面角を有し、高圧側の接触面角が低圧側よりも小さく、その結果、ゆるやかな圧力勾配を有するというように、制御された方法で漏出速度が許容される。さらに、封止エッジは丸み付けられている。これによって、生産技術上の利点が生じ、また封止装置の寿命をさらに向上させることができる。封止エッジを丸み付けることで、加圧状態における特定の漏出速度を定めるための、移動するコンポーネントと封止リングとの間の、いわゆる前進角を変更することができ、装置の要求条件に適合させることができる。本発明によれば、それぞれの第２の封止リングを半径方向に内側支持するために、支持リングが設けられる。ここで支持リングは、好ましくは、第２の封止リングまたは関連する圧力除去要素が加圧される際、同時に、第２の封止リングが低圧側中間領域、すなわち、内側コンポーネントと外側コンポーネントとの間の低圧側封止ギャップに、不要に押し出されるのに反発するように構成される。内側コンポーネントと外側コンポーネントとの間の摩擦の低減を目的として、内側コンポーネントから半径方向の距離に、すなわち接触しない状態で支持リングを配置することができる。必然的に支持リングもまた、内側コンポーネントまたは前後に移動するコンポーネントを支持することができる。特に後者の場合は支持リングが、半径を有する、第２のコンポーネントに面した内側を備えており、有利である。したがって支持リングの内側は、内側コンポーネントの方向に半径方向に突出しており、よって凸状設計となっている。それにより、概して、少なくとも封止装置の加圧動作状態において、支持リングが内側コンポーネントを支持する場合を含み、確実な抵抗挙動、よって封止装置の最適化された潤滑を確保できる。

高圧側接触面角および低圧側接触面角は、加圧状態において、また内側コンポーネントが外側コンポーネント内で前後移動する際に、各封止リングごとにそれぞれ規定される漏出速度を設定し、それを介して低圧側のそれぞれの圧力除去要素に接する中間領域の油圧が調整されるように選択される。各中間領域において特定の油圧が生じるように、接触面角を介して各圧力除去要素の流体力学的漏出が選択される。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様に減少する、規定された中間領域圧力が設定される。各圧力除去要素およびシール構造では圧力定格が規定され、そのレベルは、対応する要素において生じる差圧に対応する。本発明に係る封止装置は、封止リングの流体力学的再循環能力に加え、圧力除去要素に設けられた接続路を介した、静水拡張能力を備える。中間領域圧力が、高圧側で隣接する中間領域の中間領域圧力と、対応する圧力上昇値とを加えた値を上回って上昇した場合に、接続路の弁機能により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最適に配置される場合、封止装置の機能または寿命を損なうことなく、油圧装置のシステム圧力または作動圧力を高めることができる。圧力除去要素の背後の定められた圧力の結果として、圧力シールの封止ギャップ内の潤滑膜形成さえも改善することができ、続いてこれが、装置全体の摩擦および寿命に良い影響を及ぼす。この最適化された状態は、圧力除去要素における圧力換気の開口圧力の調整機能、すなわち、対応する圧力上昇値の調整機能によって実現する。接続路の低圧側開口部、つまり低圧側の端部は、第２の封止リングもしくは第２のプリテンションリングの内径上もしくは外径上、または第２の環状溝内に、軸方向に異なって配置され、このため、圧力除去要素の圧力に依存した互いの変位によって、より高い、またはより低い開口圧力になる。

例えば圧力除去路を有する圧力シールおよび下流の二次シールを備える封止装置によって、好ましくない作動状況下であっても、流体力学的ポンプ能力と静水圧除去との相互作用によって、外部への漏出が改善され、または漏出をなくし、長寿命を実現できる。

本発明の特に好ましい改良によれば、封止装置のシール構造の第１の封止リングおよび第１のプリテンションリングもまた、相互に一体に構成される。その結果、封止装置の製造における複雑さをさらに低減できる。この場合、コストの側面から、シール構造も同様にポリウレタンから形成することができる。

本発明によれば、圧力除去要素の第２のプリテンションリングが脚を有することが好ましく、その脚はシールリップのように構成され、封止装置の基本圧力状況Ｐ_ＺＮ＞Ｐ_ＨまたはＰ_ＺＮ＞Ｐ_ＺＨにおいて、その封止エッジによって第２の環状溝の溝底部を封止的に支持する。このシールリップ様の脚が、圧力除去状況においては、封止リングに対して半径方向に向いてたわみ、結果的にその封止エッジによって溝底部に対する封止接点から移動する。それによって第２のプリテンションリングが、接続路を介して、均圧化のために流体の流れを解放する。ここで第２のプリテンションリングは、特に、第１の脚および第２の脚を備え、角度のある、またはＬ字状の断面を有してもよい。この場合、第１の脚は第２の封止リングから半径方向に離れて延在し、第２の脚はシールリップのように構成され、封止装置の高圧領域の方向に軸方向に延在する。

本発明によれば、少なくとも１つの接続路が、圧力除去要素に配置された貫通孔、ならびに／もしくは、第２の環状溝に向かって開口し、圧力除去要素上および／または外側コンポーネント内に構成された溝部を備えることができる。

貫通孔または溝部が圧力除去要素上に構成される限り、既存の部分組み立て品に関する高い消費コストをかけることなく、本発明に係る封止装置を単純化し、高性能化できる。

溝部は、特に、圧力除去要素の低圧側端面、および／または第２の環状溝の溝底部に面した、第２のプリテンションリングの外側、および／または高圧側Ｈに面した、圧力除去要素の第２の封止リングの端面に配置できる。圧力除去要素が第２の環状溝の低圧側溝フランクに押しつけられる場合でも、接続路の溝部または貫通孔によって、プリテンション要素のシールリップ様の脚が低圧側に配置された中間領域に広がる圧力を受け得るというのは、最も重要である。さらに、圧力除去要素が圧力除去状況において第２の環状溝の高圧側溝フランクに押しつけられる場合でも、圧力除去状況における接続路によって、高圧側に向けられる、それぞれの圧力媒体の流体の流れを確保しなければならない。

本発明に係る封止装置のさらに好ましい実施形態では、外側コンポーネントは筐体、特に、円筒であり、内側コンポーネントは筐体内で誘導されるピストンのピストンロッドである。必然的に環状溝は、代わりに内側コンポーネント内に構成することもできる。多くの場合、ハウジング（筐体）・ピストン・ユニットは高い動作圧を備える油圧装置である。圧力除去要素の本発明の配置および実施形態は、このような装置において高圧負荷下にある一次シールを解放するのに適している。格納の対象となるピストンロッドをクリーニングするための、別の環状溝内に配置された油かきリングにより、シール構造を完成させることができる。

本発明は、さらに、中間領域圧力カスケードを生じさせる本発明に係る封止装置の使用方法を含み、全ての第２の封止リングで同じ差圧が生じるように中間領域の油圧が設定される。本発明に係る封止装置の、このような使用方法の利点は、全ての圧力除去要素が、高圧負荷下にある一次シールの圧力除去に同程度に寄与する点である。このような等しい階段状の中間領域圧力カスケードの、個々のコンポーネントには、等しい応力がかかり、その結果、封止装置全体の寿命が延びる。圧力除去要素は、逆転した圧力状況Ｐ_ＺＮ＞Ｐ_ＺＨまたはＰ_ＺＮ＞Ｐ_Ｈにおいて封止リングおよびプリテンションリングが高圧側に向かって変位するように、第２の環状溝内に配置できる。さらなる圧力上昇があると、圧力除去状況Ｐ_ＺＮ≧Ｐ_ＺＨ＋Ｐ_ｃｒｉｔまたはＰ_ＺＮ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔに達するまでプリテンションリングが変形され、未だ依然として閉じられたままの接続路が開かれ、それにより圧力媒体は、接続路を通って低圧側中間領域から高圧側中間領域に流れることができる。圧力上昇値Ｐ_ｃｒｉｔは、接続路を解放するために拡張される、単位面積当たりのその変形力に対応する。低圧側中間領域内に存在する圧力媒体は、圧力状況Ｐ_ＺＮ−Ｐ_ＺＨ＜Ｐ_ｃｒｉｔまたはＰ_ＺＮ−Ｐ_Ｈ＜Ｐ_ｃｒｉｔが成り立つまで、接続路を介して高圧側中間領域内に流れ込む。ここにおいて、圧力除去要素で生じる差圧Ｐ_ＺＮ−Ｐ_ＺＨは、圧力上昇値Ｐ_ｃｒｉｔよりも低いままであり、接続路は、対応する圧力除去、プリテンションリングおよび／または封止リングの、変形および／または変位により再び閉じられる。圧力除去に続いて、低圧中間領域内に圧力Ｐ_ＺＮ≒（Ｐ_ＺＨ＋Ｐ_ｃｒｉｔ）が生じるが、この圧力は高圧側圧力に圧力上昇値を加えたものよりも低い。

本発明のさらなる利点は、図面の説明および図から明らかになる。以下において、図面に示される例示的な実施形態に基づいて本発明を説明する。

基本圧力状況における本発明に係る封止装置を示す、部分断面図である。 圧力除去状況における図１に係る封止装置を示す、部分断面図である。

図１は、低圧側Ｎから高圧側Ｈを封止するための、互いに移動可能な２つのコンポーネント間の本発明に係る封止装置１０を示す。

内側コンポーネント１２は、運動軸１６に沿った軸方向の並進移動ができるように外側コンポーネント１４内に配置される。外側コンポーネント１４は、例えば、円筒状の筐体として構成でき、内側コンポーネント１２は、筐体内で誘導されるピストンのピストンロッドとして構成できる。図１では、封止装置１０の上半分の領域が、部分縦方向断面で示されている。外側コンポーネント１４は、内側コンポーネント１２に向かって開口する環状溝を合計３つ備え、第１の環状溝１８が低圧側Ｎに面し、２つの第２の環状溝２０ａおよび２０ｂが高圧側Ｈに配置される。第１の環状溝１８にはシール構造２２が設けられる。必然的に環状溝は、内側コンポーネントを介しても形成できる。

シール構造２２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１２を支持する第１の封止リング２４と、弾性的に変形可能な材料から作られた、半径方向に第１の封止リング２４に張力をかけて第１の環状溝１８からこれを封止する第１のプリテンションリング２６とを備える。第１のプリテンションリング２６は、例えば、Ｏリングとして実現できる。シール構造２２は一次シールとして機能し、したがって、第１の封止リング２４の封止エッジ２８は、急勾配の圧力勾配を有する。急勾配の圧力勾配および関連する低い漏出速度は、第１の封止リング２４と内側コンポーネント１２との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２０ａには第１の圧力除去要素３０ａが配置され、別の第２の環状溝２０ｂには別の圧力除去要素３０ｂが配置される。圧力除去要素３０ａおよび３０ｂはそれぞれ、第２の封止リング３２ａ，３２ｂ、および第２のプリテンションリング３４ａ，３４ｂを備える。第２の封止リング３２ａ，３２ｂは、内側コンポーネント１２に対して、第２のプリテンションリング３４ａ，３４ｂによって径方向に張力がかけられる。

圧力除去要素３０ａ，３０ｂの両方の、第２の封止リング３２ａ，３２ｂ、および第２のプリテンションリング３４ａ，３４ｂは、それぞれ相互に一体に構成され、弾性的に変形可能なポリウレタンから形成される。

第２の封止リング３２ａ，３２ｂが、いずれの場合もそれらの封止エッジ３６によって内側コンポーネント１２を封止的に支持し、対応する高圧側接触面角α_ａおよびα_ｂが、それぞれ対応する低圧側接触面角β_ａまたはβ_ｂよりも小さい。結果として生じるゆるやかな圧力勾配は、封止エッジ３６の接触面角を対称的に、すなわち等しくすることによっても達成できる。さらに抵抗挙動は、それぞれの封止エッジ３６の丸み付けにより影響を受ける可能性がある。

シール構造２２と、第１の圧力除去要素３０ａと、別の圧力除去要素３０ｂとが前後に並んで配置されることで、シール構造２２と第１の圧力除去要素３０ａとの間の第１の中間領域Ｚ_ａ、および第１の圧力除去要素３０ａと別の圧力除去要素３０ｂとの間の別の中間領域Ｚ_ｂが形成される。

圧力除去要素３０ａ，３０ｂは、それぞれ支持リング３８を備える。支持リング３８は、第２の封止リング３２ａ，３２ｂのくぼみ（詳述せず）に係合し、例えば、金属または適切な粘弾性プラスチックから形成できる。支持リング３８は、一方では、第２の封止リング３２ａ，３２ｂを半径方向に支持する役割を果たす。それに対し、圧力除去要素３０ａ，３０ｂが高圧側で加圧される場合は、支持リング３８は、第２の封止リング３２ａ，３２ｂがそれぞれ中間領域Ｚ_ａ，Ｚ_ｂへ不要に押し出されるのを防ぐ、または不要に押し出されるのに反発する役割を果たす。内側コンポーネント１２と外側コンポーネント１４との相対移動を可能な限り低摩擦にすることを目的として、２つの支持リング３８を、内側コンポーネント１２に接触しないやり方でそれぞれ配置することができる。１つ以上の第２の支持リング３８は内側３９を有することができ、内側３９は、内側コンポーネント１２に面し、図１に例示的に示されるように、第１の圧力除去要素３０ａの第２の支持リング３８に関しては、浅い円錐角を有するか、または、半径を有する。このように支持リング３８の内側３９を設計することで、特に支持リング３８が内側コンポーネントを支持する場合に、均圧化のために必要となる可能性のある流体通路の摩擦が低減するという点でも、および寿命を延ばすという点でも有利である。支持リング３８はさらに、接続路への流体の、全く（軸方向に）妨げられることのない通路を可能にするために、図面には詳細に示されていないが、加圧流体のための軸方向の貫通孔（または軸方向の溝）を備えることができる。

封止エッジ３６の圧力勾配がゆるやかであることによって、加圧状態における、また、内側コンポーネント１２が外側コンポーネント１４内で並進移動を行う際の（予め）決定された漏出が、圧力除去要素３０ａ，３０ｂそれぞれにおいて可能になる。それぞれの漏出速度によって、低圧側では圧力除去要素３０ａ，３０ｂのそれぞれに接する中間領域の油圧が決定し、第１の圧力除去要素３０ａの場合は第１の中間領域Ｚ_ａにおける圧力Ｐ_Ｚａ、別の圧力除去要素３０ｂの場合は中間領域Ｚ_ｂにおける圧力Ｐ_Ｚｂとなる。中間領域圧力Ｐ_ＺａおよびＰ_Ｚｂは、封止装置１０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設定される。

特定の中間領域圧力Ｐ_ＺａおよびＰ_Ｚｂを選択することで、等しいレベルの圧力カスケードが生じ、この圧力カスケードにおいて、シール構造２２および圧力除去要素３０ａ，３０ｂの両方、特に、第１の封止リング２４および第２の封止リング３２ａ，３２ｂの両方に、同じ差圧Ｐ_Ｚａ−Ｐ_Ｎ＝Ｐ_Ｚｂ−Ｐ_Ｚａ＝Ｐ_Ｈ−Ｐ_Ｚｂで負荷がかけられる。

図１は、中間領域カスケードの基本圧力状況Ｐ_Ｎ＜Ｐ_Ｚａ＜Ｐ_Ｚｂ＜Ｐ_Ｈを示している。シール構造２２は第１の環状溝１８を低圧側で支持し、それにより低圧側Ｎから第１の中間領域Ｚ_ａを封止する。

第１の圧力除去要素３０ａおよび第２の圧力除去要素３０ｂの、第２のプリテンションリング３４ａおよび３４ｂはそれぞれ、第１の脚４０ａ，４０ｂと、シールリップとして構成された第２の脚４２ａ，４２ｂとを備える、略Ｌ字状の断面を有する。第１の脚４０ａ，４０ｂは、それぞれ第２の封止リング３２ａ，３２ｂ上に成形され、第２の封止リング３２ａ，３２ｂから半径方向に、それぞれ第２の環状溝２０ａ，２０ｂの溝底部４４の方向に延在する。第２の脚４２ａ，４２ｂはそれぞれ、封止装置１０の高圧側Ｈの方向に、軸方向に延在する。基本圧力状況においては、第２のプリテンションリング３４ａ，３４ｂの第２の脚４２ａ，４２ｂがそれぞれ、それらの封止エッジ４６によって封止的に、予め弾性的に張力がかけられるように、第２の環状溝２０ａ，２０ｂの溝底部４４を支持する。なお、第２の封止リング３２ａ，３２ｂはそれぞれ、高圧側Ｈに面したそれらの端面４８によって、第２のプリテンションリング３４ａ，３４ｂの第２の脚４２ａ，４２ｂの自由端５０を越えて、軸方向に高圧側Ｈ向きに突出する。この場合、圧力除去要素３０ａ，３０ｂは、軸方向の遊びを伴って第２の環状溝２０ａ，２０ｂ内に配置されるが、このような軸方向の遊びを伴うことなく、第２の環状溝２０ａ，２０ｂ内に配置することもできる。

第１の中間領域Ｚ_ａと別の中間領域Ｚ_ｂとの間、または第２の中間領域Ｚ_ｂと高圧側Ｈとの間の圧力を均一化する役割を果たすのが、接続路５２である。この場合、接続路はそれぞれ、圧力除去要素３０ａ，３０ｂの第２の封止リング３２ａ，３２ｂ、または第２のプリテンションリング３４ａ，３４ｂ内に、溝部５２ａ，５２ｂ，５２ｃを備える。

溝部５２ａは、圧力除去要素３０ａ，３０ｂの、（階段状の）低圧側端面５４に配置される。溝部５２ａはまた、それぞれの支持リング３８上に部分的に構成されてもよい。

溝部５２ｂは、圧力除去要素３０ａ，３０ｂの第２のプリテンションリング３４ａ，３４ｂの、溝底部４４に面した外側５６上に配置され、溝底部４４に付与された封止エッジ４６の方向に軸方向に沿う。溝部５２ｃはそれぞれ、圧力除去要素３０ａ，３０ｂの第２の封止リング３２ａ，３２ｂの、高圧側端面４８に配置される。

溝部５２ｃは、それぞれの第２のプリテンションリング３４ａ，３４ｂの、封止エッジ４６の低圧側に配置される。示される基本圧力状況Ｐ_Ｚａ＜Ｐ_Ｚｂにおいて、圧力除去要素３０ａ，３０ｂは、低圧側で、それぞれの第２の環状溝２０ａ，２０ｂを支持する。溝部５２ａ，５２ｂは、第２のプリテンションリング３４ａ，３４ｂの、溝底部４４を支持する封止エッジ４６によって溝部５２ｃから封止され、言い換えれば、２つの圧力除去要素３０ａ，３０ｂに付与された接続路５２が、機能的に流体密封される形でそれぞれ閉鎖される。

図２には、図１に示される本発明に係る封止装置１０の個々の要素の位置が、圧力除去状況Ｐ_Ｚｂ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔに入る際に、どのように変化するかが示される。

この圧力除去状況では、別の中間領域Ｚ_ｂにおける圧力Ｐ_Ｚｂが、高圧側Ｈの圧力Ｐ_Ｈを上回って上昇し、すると、別の圧力除去要素３０ｂが高圧側Ｈに変位し、したがって、その高圧側端面４８によって、第２の環状溝２０ｂの高圧側フランク５８を支持する。

中間領域圧力Ｐ_Ｚｂがさらに上昇することによって、第２のプリテンションリング３４ｂが作動し、矢印６０に示されるように、内側コンポーネント１２の向きに半径方向に（部分的に）変形される。第２のプリテンションリング３４ｂがこのように変形すると、封止エッジ４６は、圧力除去状況Ｐ_Ｚｂ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔにおいて、溝底部４４に対する封止接点から持ち起こされる。そして、このようにして、溝部５１ａおよび５２ｂを介して溝部５２ｃへ、よって高圧側Ｈへの中間領域Ｚ_ｂの流体接続が開かれる。中間領域Ｚ_ｂ内に存在する圧力媒体は、流れ方向６２（破線表示で示す）に沿って流れ、接続路５２を通って、それにより高圧側Ｈへと進む。この別の中間領域Ｚ_ｂの圧力除去は、低圧側の過度の圧力がもはや圧力上昇値Ｐ_ｃｒｉｔを超えなくなってＰ_Ｚｂ−Ｐ_Ｈ＜Ｐ_ｃｒｉｔとなり、第２のプリテンションリング３４ｂが、その固有の本来の弾力性によって再び溝底部４４を封止的に支持するようになり、これにより接続路５２が流体密封される形で閉じられるまで行われる。

シール構造２２の状況および第１の圧力除去要素３０ａの位置のどちらも、圧力状況Ｐ_Ｚｂ＞Ｐ_Ｈおよび圧力除去状況Ｐ_Ｚｂ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔの両方において変化しないが、これはＰ_Ｎ＜Ｐ_Ｚａ＜Ｐ_Ｚｂが該当し続けるからである。したがって、別の中間領域Ｚ_ｂの圧力除去はシール構造２２への影響が全くなく、これは一次シールの圧力を除去する、多段階の圧力カスケードの有効性および有利性を示すものである。

なお、第１の環状溝１８に配置されるシール構造２２の、第１の封止リングおよび第１のプリテンションリングは、圧力除去要素に対応するように相互に一体に構成され、ポリウレタンから形成することができる。

必然的に、溝部５２ａ、５２ｂ、および／または５２ｃを、少なくとも部分的に、第２の環状溝２０ａ，２０ｂを形成するコンポーネント１２，１４に配置することができる。さらに接続路５２は、１つ以上の上述の溝部５２ａ、５２ｂ、および５２ｃの代わりに、圧力除去要素３０ａ，３０ｂを通って延在する１つ以上の貫通孔を備えることもできる。

Ｎ 低圧側
Ｈ 高圧側
Ｚ_ａ，Ｚ_ｂ 中間領域
１０ 封止装置
１２，１４ コンポーネント
１８，２０ａ，２０ｂ 環状溝
２２ シール構造
２４，３２ａ，３２ｂ 封止リング
２６，３４ａ，３４ｂ プリテンションリング
３０ａ，３０ｂ 圧力除去要素
３６ 封止エッジ
３８ 支持リング
３９ 内側
５２ 接続路

Claims (9)

1. 低圧側（Ｎ）から高圧側（Ｈ）を封止するための、運動軸（１６）に沿って互いに対して並進運動可能な２つのコンポーネント（１２，１４）間の封止装置（１０）であって、
   外側コンポーネント（１４）が、内側コンポーネント（１２）に対して開口し、前記低圧側（Ｎ）に面した第１の環状溝（１８）と、前記内側コンポーネント（１２）に対して開口し、前記高圧側（Ｈ）に面した少なくとも１つの第２の環状溝（２０ａ，２０ｂ）とを有し、
   前記第１の環状溝内（１８）にはシール構造（２２）が設けられ、前記シール構造（２２）は、弾性的に変形可能な材料から作られた、前記内側コンポーネント（１２）を支持する第１の封止リング（２４）と、弾性的に変形可能な材料から作られた、前記第１の封止リング（２４）に半径方向に張力をかけ、前記第１の環状溝（１８）からそれを封止する第１のプリテンションリング（２６）とを有し、
   全ての第２の環状溝（２０ａ，２０ｂ）にはそれぞれ圧力除去要素（３０ａ，３０ｂ）が設けられ、前記圧力除去要素は、弾性的に変形可能な材料から作られた、前記内側コンポーネント（１２）を支持する第２の封止リング（３２ａ，３２ｂ）と、弾性的に変形可能な材料から作られた、前記第２の封止リング（３２ａ，３２ｂ）に半径方向に張力をかけ、前記第２の環状溝（２０ａ，２０ｂ）からそれを封止する第２のプリテンションリング（３４ａ，３４ｂ）とを有し、
   前記第２の封止リング（３２ａ，３２ｂ）は、高圧側接触面角（α_ａ，α_ｂ）および低圧側接触面角（β_ａ，β_ｂ）を持つ封止エッジ（３６）を有し、
   各圧力除去要素（３０ａ，３０ｂ）に少なくとも１つの接続路（５２）が付与され、
   前記接続路（５２）を介して、前記シール構造（２２）と前記第１の圧力除去要素（３０ａ）との間の中間領域（Ｚ_ａ）が前記高圧側（Ｈ）と接続可能である、
   もしくは、２つの隣接する圧力除去要素（３０ａ，３０ｂ）間の中間領域（Ｚ_ｂ）が前記高圧側（Ｈ）と接続可能である、
   または、２つの隣接する中間領域（Ｚ_ａ，Ｚ_ｂ）が前記接続路（５２）を介して相互に接続可能であり、
   各接続路（５２）は、圧力状況Ｐ_ＺＮ＞Ｐ_ＨまたはＰ_ＺＮ＞Ｐ_ＺＨにおいて閉じられ、圧力除去状況Ｐ_ＺＮ≧Ｐ_Ｈ＋Ｐ_ｃｒｉｔまたはＰ_ＺＮ≧Ｐ_ＺＨ＋Ｐ_ｃｒｉｔにおいて開かれ、
   ここで、Ｐ_Ｈは前記高圧側（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は前記高圧側中間領域の油圧であり、Ｐ_ｃｒｉｔは圧力上昇値であり、圧力上昇値がＰ_ｃｒｉｔであるとき、またはＰ_ｃｒｉｔを超えるときに前記接続路（５２）が開かれ、
   Ｐ_ｃｒｉｔは前記第２のプリテンションリング（３４ａ，３４ｂ）の変形によって定められ、
   前記接続路（５２）は、前記圧力状況Ｐ_ＺＮ＞Ｐ_ＨまたはＰ_ＺＮ＞Ｐ_ＺＨにおいて前記第２のプリテンションリング（３４ａ，３４ｂ）によって閉じられ、
   前記第２の封止リング（３２ａ，３２ｂ）の前記封止エッジ（３６）の前記高圧側接触面角（α_ａ，α_ｂ）が、前記封止エッジ（３６）の前記低圧側接触面角（β_ａ，β_ｂ）以下であり、それによって、加圧状態において、また前記内側コンポーネント（１２）が前記外側コンポーネント（１４）内で前後移動を行う際に、前記第２の封止リング（３２ａ，３２ｂ）の漏出速度は特定の漏出速度となり、それを介して前記低圧側中間領域（Ｚ_ａ，（Ｚ_ｂ）の前記油圧が調整される封止装置（１０）において、
   少なくとも１つの圧力除去要素（３０ａ，３０ｂ）の、前記第２の封止リング（３２ａ，３２ｂ）および前記第２のプリテンションリング（３４ａ，３４ｂ）が、相互に一体に構成され、ポリウレタンから形成され、ここでＰ_ｃｒｉｔは、前記第２のプリテンションリング（３４ａ，３４ｂ）の、前記運動軸に対して径方向への少なくとも部分的な変形によって定められ、各圧力除去要素（３０ａ，３０ｂ）の前記封止リング（３２ａ，３２ｂ）の前記封止エッジ（３６）が丸み付けられ、少なくとも１つの圧力除去要素（３０ａ，３０ｂ）の前記第２の封止リング（３２ａ，３２ｂ）は、支持リング（３８）を備え、前記支持リング（３８）は、前記内側コンポーネント（１２）に面したその内側（３９）のみにおいて半径を有することを特徴とする封止装置（１０）。
2. 各圧力除去要素（３０ａ，３０ｂ）の前記第２の封止リング（３２ａ，３２ｂ）および前記第２のプリテンションリング（３４ａ，３４ｂ）は、相互に一体に構成され、ポリウレタンから形成されることを特徴とする請求項１に記載の封止装置。
3. 前記シール構造（２２）の前記第１の封止リング（２４）および前記第１のプリテンションリング（２６）は、相互に一体に構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の封止装置。
4. 前記圧力除去要素（３０ａ，３０ｂ）の前記第２のプリテンションリング（３４ａ，３４ｂ）は脚（４０，４２）を有し、前記脚（４０，４２）はシールリップのように構成され、前記圧力状況Ｐ_ＺＮ＞Ｐ_ＨまたはＰ_ＺＮ＞Ｐ_ＺＨにおいて、封止エッジ（４６）によって前記第２の環状溝（２０ａ，２０ｂ）の前記溝底部を封止的に支持し、前記シールリップ様の脚（４０，４２）は、前記圧力除去状況において前記溝底部（４４）に対するその封止接点から移動することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の封止装置。
5. 少なくとも１つの前記接続路（５２）が、前記圧力除去要素に配置された貫通孔、ならびに／もしくは、前記圧力除去要素上および／または前記外側コンポーネント（１４）に構成され、前記第２の環状溝（２０ａ，２０ｂ）に向かって開口する溝部（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の封止装置。
6. 前記溝部（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）のうち１つは、前記圧力除去要素（３０ａ，３０ｂ）の低圧側端面か、前記第２の環状溝（２０ａ，２０ｂ）の前記溝底部（４４）に面した、前記第２のプリテンションリング（３４ａ，３４ｂ）の外側（５６）か、または前記高圧側（Ｈ）に面した、前記圧力除去要素（３０ａ，３０ｂ）の前記第２の封止リング（３２ａ，３２ｂ）の端面（４８）に配置されることを特徴とする請求項５に記載の封止装置。
7. 前記外側コンポーネント（１４）は筐体、特に、円筒であり、前記内側コンポーネント（１２）は前記筐体内で誘導されるピストンのピストンロッドであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の封止装置。
8. 少なくとも１つの圧力除去要素（３０ａ，３０ｂ）の前記第２の封止リング（３２ａ，３２ｂ）が支持リング（３８）を備え、前記支持リング（３８）は、好ましくは、浅い円錐角を有するか、または半径を有する、前記内側コンポーネント（１２）に面した内側（３９）を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の封止装置。
9. 中間領域圧力カスケードを生じさせる請求項１乃至８のいずれか１項に記載の封止装置（１０）の使用方法であって、前記中間領域（Ｚａ，Ｚ_ｂ）の前記油圧が、全ての第２の封止リング（３２ａ，３２ｂ）において同じ差圧が生じるように設定されることを特徴とする使用方法。

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