JP5335669B2 - 圧力を解放する機械部品機構 - Google Patents

Description

本発明は、互いに対して並進的に運動させることができる２つの機械部品間にあって、高圧側を低圧側に対して密閉する、粘塑性シールリングと少なくとも１つのゴム弾性プレテンション要素とを備える機械部品機構であって、シールリングが、封止装置の加圧状態において低圧側に面した低圧側の開口とさらに高圧側の開口とを有する１つまたは複数の逃がし穴または逃がし流路を備える、機械部品機構に関する。

互いに対して運動させることができる機械部品間の封止装置では、動作中に、すなわち２つの機械部品が互いに対して並進運動する間に、個々の密閉要素間、例えば１次シールと２次シールの間の空間の媒質の圧力が高まることがある。これは、機械部品、例えば取付け空間に対するピストンロッド、の好ましくない速度比によって引き起こされる。圧力の増大、例えば低圧側の圧力の増大によって、これらの機械部品が損傷を受け、または破壊されることがあり、それによって封止装置全体の故障につながることがある。

圧力解放封止装置は、圧力を解放するために使用される逆止弁に相当する逃がし穴または逃がし流路を備える。このタイプの封止装置は、例えばＤＥ１０１ １７ ６６２Ｃ１に開示されている。封止装置が高圧側を低圧側に対して密閉する基本圧力位置では、シールリングに設けられた逃がし穴または逃がし流路が閉じられ、圧力解放位置、言い換えると反転圧力位置では、逃がし穴または逃がし流路が解放すなわち開かれ、それにより、超過圧力に達したときに、低圧側の空間内において優勢な圧力を高圧側に向かって放出することができる。従来の圧力解放封止装置は、圧力解放位置に到達したときにだけ逃がし穴または逃がし流路が開かれるという動作状態を、システム内の任意の圧力比および／または機械部品の任意の速度比について、全て保証するものではない。逃がし穴または逃し流路の開きまたは解放が早すぎると、封止装置の圧力解放機能が無効になり、加圧された媒質が高圧側から低圧側に流れる可能性がある。

本発明の根底にある目的は、圧力解放封止装置の逃がし穴または逃がし流路が圧力解放位置だけで開く機械部品機構を提供することにある。

この目的は、本発明に係る、高圧側から低圧側を密閉するための機械部品機構であって、溝底、低圧側に近接した第１の溝側面、および高圧側に近接した第２の溝側面を有する溝を画定する第１の機械部品と、第１の機械部品に対して並進運動をするように配置された第２の機械部品と、溝内に配置され、溝底と協働する少なくとも１つのゴム弾性プレテンション要素と、溝内においてプレテンション要素および第１の機械部品の間に配置された粘塑性シールリングとを備え、プレテンション要素およびシールリングは、低圧側に対して高圧側を密閉する封止装置を形成し、シールリングは逃がし穴または逃がし流路を備え、逃がし穴または逃がし流路は、封止装置の加圧状態において、低圧側に面した第１の開口を有し、逃がし穴または逃がし流路は、高圧側に面した少なくとも１つの第２の開口を有し、逃がし穴または逃がし流路の第１の開口は、加圧状態において、第１の溝側面によって、または少なくとも１つのプレテンション要素によって閉じられ、プレテンション要素は、シールリングに力を加え、力は高圧側から低圧側へ作用する軸方向の分力および軸方向の分力を上回る半径方向の分力を有し、シールリングは、取付け後の無圧力状態において、低圧側に近接する溝側面に軸方向の分力によって当接して第１の溝側面に対して押圧されて、低圧側と第１の開口との間の接続を防止し、逃がし穴または逃がし流路は、封止装置の圧力解放位置においてのみ解放され、低圧側と第１の開口とは、圧力解放位置において軸方向の分力とは反対方向の力に応じて接続し、溝底に面したシールリングの外面は、シールリングの高圧側終端から軸方向に低圧側に向かって延び且つ溝底に対してわずかに傾斜する少なくとも１つの部分面を有し、プレテンション要素は、シールリングの傾斜した部分面に当接して、シールリングに力を及ぼすことを特徴とする機械部品機構によって達成される。

本発明によれば、軸配向した分力、すなわち２つの機械部品の並進運動の方向と平行な分力は、低圧側の溝側面に向かってシールリングを動かしまたは押し、それによって、低圧側または低圧側のシールリングの後ろの空間と、逃がし穴または逃がし流路の低圧側の開口との間の接続を防ぐことができ、もって、低圧側の空間と低圧側の開口との間の接続は、軸方向分力に対してこれに対応する反対方向の力があるときにだけ、すなわち圧力解放位置にあるときにだけ許される。さらにまた、本発明によれば、封止装置の加圧状態において、逃がし穴または逃がし流路の第１の開口が、第１の溝側面によって、または少なくとも１つのプレテンション要素によって閉じられるので、圧力解放位置、すなわち反転圧力位置において逃がし穴または逃がし流路が早期に解放されることを防止することができ、よって、超過圧力に達し低圧側の空間内において優勢な圧力を高圧側に向かって放出する際、逃がし穴または逃がし流路は早い段階で解放されることはなく、加圧された媒質が高圧側から低圧側に流れるのを確実に防ぐことができる。

本発明の封止装置の好ましい実施形態では、シールリングは、溝底に面したシールリングの外面に、溝底に対して傾斜した１つまたは複数の部分面を備える。

この実施形態は、シールリングの外面の幾何学的な設計によって軸方向分力が実現される点で、有利である。シールリングにテンションを加えるプレテンション要素は、シールリングの傾斜した部分面に当接し、それによってシールリングを、低圧側に向かって軸方向に動かすかまたはプレテンションを加える。軸方向分力は、必要に応じてシールリングおよび／またはプレテンション要素を適切な形状とすることによって、具体的には、シールリングとプレテンション要素との間の接触面の傾斜を選択することによって、調節すなわち増大または低減させることができる。

他の好ましい実施形態では、プレテンション要素は、シールリングの外面と、高圧側に形成されて高圧を支持する少なくとも１つの側面とに当接する。

プレテンション要素は、高圧側のシールリングの側面フランクと高圧側の溝側面の間に部分的に配置される。プレテンション要素の軸方向の寸法を溝または溝空間に対して大きくすることによって、シールリングに加わる軸方向の圧力を発生させ、これによって、低圧側の溝側面にシールリングを当接させる軸方向分力を発生させる。プレテンション要素は成形部品として設計されることが好ましい。

封止装置はさらに、２つのプレテンション要素によって特徴付けられる。

溝底に対して平行になシールリングの部分面および溝底に対して傾斜したシールリングの部分面に当接することが好ましい２つのプレテンション要素はそれぞれ、プレテンション要素によってシールリングに伝達される半径方向分力と軸方向分力のうちの一方を生じさせる。これは、本発明の封止装置に規格化されたプレテンション要素、例えばＯリング、４面リング、quad ring（登録商標）（米国，Minneapolis，Quadion Corporation社の登録商標）を使用することができ、特に封止装置の生産費を最小化する点で有利である。

本発明の封止装置の好ましい他の実施形態では、取付け後の状態において、シールリングが、低圧側の溝側面と、高圧側の溝空間の溝側面とに当接する。

この実施形態では、シールリング自体が、低圧側と高圧側の溝空間の両側の溝側面に当接し、その位置で圧縮されまたは押しつぶされることによって、軸方向分力が提供される。軸方向に見ると、シールリングの寸法は溝空間に対して大きくなっている。

シールリングはさらに、低圧側の側面に追加のシールエッジを有する。

追加のシールエッジのこの設計は、逃がし穴または逃し流路が低圧側で終わる溝空間の部分空間に、圧力媒質、例えば油圧液または潤滑油が浸入することを防ぐ。

さらに、第１の機械部品はシリンダであることが好ましく、第２の機械部品は、シリンダ内で案内されるピストンのピストンロッドである。

本発明の圧力解放封止装置は、油圧系で使用するのに特に適している。

本発明に従って定義される無圧力状態は、溝空間内に封止装置が取り付けられているが、加圧された媒質がまだ封止装置に充填されていない状態である。本発明に従って定義される加圧状態は、溝空間内に取り付けられた封止装置に、加圧された媒質が充填された状態である。

本発明の他の利点および特徴は、本明細書の説明および図面から引き出すことができる。本発明の封止装置は、図１から８の実施形態に示されている。図に示された諸特徴は、概略的なものでしかなく、一様な尺度では描かれていない。

図１は、第１の機械部品４ａと第２の機械部品４ｂの間に、シールリング２およびプレテンション要素３が配置された封止装置１の断面を示す。第２の機械部品４ｂ、この場合ではピストンは、シリンダとして設計された第１の機械部品４ａに対して、並進方向１００に沿って案内され、並進方向１００に運動させることができる。２つの機械部品４ａ，４ｂは、低圧側の溝側面５１、その反対側の高圧側の溝側面５２および溝底５３を備えた、箱形の断面を有する溝空間５を画定する。低圧側Ｎと高圧側Ｈとを密閉するために、プレテンション要素３がシールリング２に方向２００に沿った力を加えるような方法で、シールリング２およびプレテンション要素３が溝空間５に挿入され、押圧され、変形され、テンションが加えられる。全体の力２００は、シールエッジ２０を介して第２の機械部品４ｂにシールリング２を密接させる半径方向分力２１０と、低圧側の溝側面５１にシールリング２を密接させる軸方向分力２２０とを有する。シールリング２の外面２１は溝底５３に対して傾斜している。この傾斜が軸方向分力２２０を発生させる。並進方向１００に対して平行に延びるこの軸方向分力２２０によって、前面として形成されたシールリング２の前側面２２は、低圧側の溝側面５１に当接する。

この当接は、低圧側Ｎまたはその場所で封止装置１に隣接した空間と、シールリング２に設けられた逃がし流路６′との間の接続を防ぐ。この接続が解除されるのは、対応する軸方向の反対向きの力が加わり、高圧側の側面２２と低圧側の溝側面５１との間の接触が解除されたときだけである。逃がし穴６の低圧側の開口６１は、図示の取付け後の状態において、無圧力状態と基本圧力位置の両方で、プレテンション要素３によって閉じられ、プレテンション要素３の対応する変位および／または変形によって圧力解放位置に到達したときにだけ開かれる。逃がし流路６′の高圧側の開口６２は、第２の機械部品４ｂに面したシールリング２の側面に設けられ、どの圧力位置でも開いている。

図２は、封止装置１の他の実施形態を示す。シールリング２は、外面２１から第２の機械部品４ｂに面した側面まで延びる逃がし穴６と、その外面２１の第１および第２の部分面２３および２４とを有する。第１の部分面２３は水平、言い換えれば溝空間５の溝底５３に対して平行であり、第１の部分面２３の高圧側Ｈと境を接する第２の部分面２４は、溝底５３に対して傾斜している。シールリング２およびプレテンション要素３は、溝空間５内で第１の機械部品４ａと第２の機械部品４ｂの間に挟持されており、これによって、プレテンション要素３がシールリング２に加える緊張力を生み出す。図示の実施形態では、全体の緊張力が、第１の部分面２３に作用する第１の部分力２００′と、第２の部分面２４に作用する第２の部分力２００とからなる。低圧側の溝側面５１にシールリング２を当接させるために必要とされる軸方向分力２２０は、第２の力２００によってのみ提供される。第２の機械部品４ｂに面した内面は、図示のように傾斜していてもよいが、対称な形状を有していてもよい。

図３は、封止装置１の他の実施形態を示す。quad ring（登録商標）として設計されたプレテンション要素３が、シールリング２とともに溝空間５内に配置されており、プレテンション要素３はシールリング２に力を加える。プレテンション要素３は、低圧側の溝側面５１と高圧側の溝側面５２の両方と当接する。シールリング２の傾斜した第２の部分面２４と当接したプレテンション要素３の力２００が、軸方向分力２２０を生み出す。逃がし穴６の低圧側の開口６１は、プレテンション要素３によって閉じられる。逃がし穴６は、一旦途切れた後に、高圧側に設けられた開口６２を終端とする終端穴６″の形で高圧側Ｈに延びている。

図４は、シールリング２、プレテンション要素３および別のプレテンション要素３′からなる封止装置１を示す。２つの機械部品４ａ，４ｂ間の溝空間５は、２段になった溝底５３を有する。シールリング２に形成された逃がし穴６を閉じるプレテンション要素３は、溝底５３に対して平行に延びるシールリング２の水平な第１の部分面２３に支持され、シールリング２を半径方向２１０′に締め付ける。別のプレテンション要素３′は、外面２１の傾斜した第２の部分面２４に当接し、半径方向２１０および軸方向２２０に作用する力をシールリング２に加える。この実施形態では、特定の形状を有するシールリング２と、標準要素として選択された２つのプレテンション要素３，３′とによって、本発明の封止装置１が実現される。シールリング２は追加の穴２７を有しており、それを通してプレテンション要素３を活動化させることができる。

図５は、封止装置１の他の実施形態を示す。半径方向のテンションをシールリング２に加え、軸方向分力２２０によってシールリングに力を加えるプレテンション要素３は、成形部品として設計され、シールリング２の外面２１および高圧側Ｈに面した後側面２６と当接する。２つの溝側面５１、５２間に挟持されたプレテンション要素３は、シールリング２の後側面２６に当接し、それによって軸方向分力２２０を調節し、シールリング２の低圧側の溝側面５１への当接を確保する。

図６に示された封止装置１の実施形態は、シールリング２の外面２１および後側面フランク２６に沿って延び、図示の無圧力状態ではプレテンション要素３によって閉じられておらず、しかし低圧側の溝空間５の部分空間５４で終わる逃がし流路６′によって特徴付けられる。部分空間５４は、低圧側の溝側面５１、溝底５３およびプレテンション要素３によって限定される。シールリング２は、追加のシールエッジ５２を介して低圧側の溝側面５１に当接し、この追加のシールエッジ２５によって部分空間５４を限定し、部分空間５４および部分空間５４で終わる逃がし穴６と、低圧側Ｎに隣接する空間または低圧側Ｎとの間の接続を防ぐ。シールリング２は、傾斜して配置された外面２１に当接するプレテンション要素３によってシールリングに加えられる力２００によって、軸方向２２０では追加のシールエッジ２５を介して、半径方向２１０ではシールエッジ２０，２０′を介して、密閉を行う。

図７は、軸方向の当接に必要な力が、シールリング２自体によってまたは溝空間５内のシールリング２の位置によって提供される封止装置１の一実施形態を示す。シールリング２は、低圧側の溝側面５１および高圧側の溝側面５２に当接する。言い換えれば、シールリング２は、２つの溝側面５１、５２間に挟持される。後側面２６に追加の溝２７が設けられており、この追加の溝２７を通して、高圧側Ｈが、プレテンション要素３の後ろに位置する別の部分空間５４′に接続される。断面が示されたシールリング２はさらに、その周囲に沿って、好ましくは等間隔に配置された他の追加の溝を有する。シールリング２は、プレテンション要素３が当接しまたはその上にプレテンション要素３が支持される水平な第１の部分面２３と、傾斜した第２の部分面２４とを有する。

図８に示された封止装置１の実施形態では、シールリング２が溝側面５１，５２の両方に当接し、高圧側の後側面２６が、追加の溝２７を備えた延長部分を有する。

互いに対して並進的に運動させることができる、例えばピストンロッドまたはピストンとシリンダのような機械部品間の溝空間のように、箱形で段のある取付け空間内に、１つまたは複数のプレテンション要素を備える本発明の他の実施形態が実行可能である。さらに、逃がし穴または逃がし流路の長さの全部または少なくとも一部分を、溝空間を備える機械部品、具体的には溝側面および溝底に設けることも実行可能である。

圧力解放用の少なくとも１つの逃がし穴または逃がし流路６を備え、高圧側Ｈを低圧側Ｎに対して密閉する封止装置１では、互いに対して並進的に運動させることができる２つの機械部品４ａ，４ｂ間の溝空間５内に、シールリング２および少なくとも１つのプレテンション要素３が配置され、これにより、半径方向分力２１０と軸方向分力２２０の両方でプレテンション要素３がシールリング２にテンションを加え、こうして、シールリング２が、画定された接触面２０，２２を介して、第２の機械部品４ｂおよび低圧側の溝側面５１に当接する。

互いに対して並進的に運動させることができる２つの機械部品間の１つの例示的な封止装置を示す図である。 互いに対して並進的に運動させることができる２つの機械部品間の別の例示的な封止装置を示す図である。 互いに対して並進的に運動させることができる２つの機械部品間のさらに別の例示的な封止装置を示す図である。 互いに対して並進的に運動させることができる２つの機械部品間のさらに別の例示的な封止装置を示す図である。 互いに対して並進的に運動させることができる２つの機械部品間のさらに別の例示的な封止装置を示す図である。 互いに対して並進的に運動させることができる２つの機械部品間のさらに別の例示的な封止装置を示す図である。 互いに対して並進的に運動させることができる２つの機械部品間のさらに別の例示的な封止装置を示す図である。 互いに対して並進的に運動させることができる２つの機械部品間のさらに別の例示的な封止装置を示す図である。

Claims (7)

1. 高圧側（Ｈ）から低圧側（Ｎ）を密閉するための機械部品機構であって、
   溝底（５３）、前記低圧側（Ｎ）に近接した第１の溝側面（５１）、および前記高圧側（Ｈ）に近接した第２の溝側面（５２）を有する溝（５）を画定する第１の機械部品（４ａ）と、
   前記第１の機械部品（４ａ）に対して並進運動をするように配置された第２の機械部品（４ｂ）と、
   前記溝（５）内に配置され、前記溝底（５３）と協働する少なくとも１つのゴム弾性プレテンション要素（３）と、
   前記溝（５）内において前記プレテンション要素（３）および前記第１の機械部品（４ａ）の間に配置された粘塑性シールリング（２）とを備え、
   前記プレテンション要素（３）および前記シールリング（２）は、前記低圧側（Ｎ）に対して前記高圧側（Ｈ）を密閉する封止装置（１）を形成し、
   前記シールリング（２）は逃がし穴（６）または逃がし流路（６′）を備え、前記逃がし穴（６）または前記逃がし流路（６′）は、前記封止装置（１）の加圧状態において、前記低圧側（Ｎ）に面した第１の開口（６１）を有し、前記逃がし穴（６）または前記逃がし流路（６′）は、前記高圧側（Ｈ）に面した少なくとも１つの第２の開口（６２）を有し、
   前記逃がし穴（６）または前記逃がし流路（６′）の第１の開口（６１）は、前記加圧状態において、前記第１の溝側面（５１）によって、または前記少なくとも１つのプレテンション要素（３）によって閉じられ、
   前記プレテンション要素（３）は、前記シールリング（２）に力（２００）を加え、前記力（２００）は前記高圧側（Ｈ）から前記低圧側（Ｎ）へ作用する軸方向の分力（２２０）および軸方向の分力（２２０）を上回る半径方向の分力（２１０）を有し、
   前記シールリング（２）は、取付け後の無圧力状態において、前記低圧側（Ｎ）に近接する前記溝側面（５１）に前記軸方向の分力（２２０）によって当接して前記第１の溝側面（５１）に対して押圧されて、前記低圧側（Ｎ）と前記第１の開口（６１）との間の接続を防止し、
   前記逃がし穴（６）または前記逃がし流路（６′）は、前記封止装置（１）の圧力解放位置においてのみ解放され、
   前記低圧側（Ｎ）と前記第１の開口（６１）とは、前記圧力解放位置において前記軸方向の分力（２２０）とは反対方向の力に応じて接続し、
   前記溝底に面した前記シールリング（２）の外面（２１）は、前記シールリング（２）の高圧側終端から軸方向に前記低圧側（Ｎ）に向かって延び且つ前記溝底（５３）に対してわずかに傾斜する少なくとも１つの部分面（２３，２４）を有し、
   前記プレテンション要素（３）は、前記シールリング（２）の前記傾斜した部分面に当接して、前記シールリング（２）に前記力（２００）を及ぼすことを特徴とする機械部品機構。
2. 前記傾斜した部分面は、前記シールリング（２）のシールエッジ（２０）と半径方向に重なることを特徴とする請求項１記載の機械部品機構。
3. 前記プレテンション要素（３）は、前記外面（２１）と、前記高圧側（Ｈ）に形成された前記シールリング（２）の前記高圧側の少なくとも１つの側面（２６）とに当接することを特徴とする請求項１または２記載の機械部品機構。
4. ２つのプレテンション要素（３，３′）を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の機械部品機構。
5. 前記取付け後の状態において、前記シールリング（２）は、前記低圧側の前記溝側面（５１）と、前記高圧側の前記溝空間（５）の溝側面（５２）とに当接することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の機械部品機構。
6. 前記シールリング（２）は、前記低圧側の側面（２２）に追加のシールエッジ（２５）を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の機械部品機構。
7. 前記第１の機械部品（４ａ）はシリンダであり、前記第２の機械部品（４ｂ）は、前記シリンダ内で案内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から６のいずれか１項に記載の機械部品機構。

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