JP6591456B2 - 拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手 - Google Patents

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Description

本発明は拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手に関する。
多くの適用は、互いに対して回転する２つの要素の間にシールの提供が必要とされており、その間に該要素のそれぞれの間にそれぞれが配置された導管を介して１つまたは複数の高圧の油圧流体または気体の流れを確立することが可能であるに違いない。
１つの適用は、例えば油圧流体をステータから高圧回転ピストンを有する油圧ポンプのロータ内に配置されたシリンダに供給する際に存在する。該適用に関して、またある特定の実施形態によれば、同じ回転シール継手は、該流体が該ロータに低圧で入り、次いで該ロータが同じ前述の継手により高圧で現れることができよう、流入管および流出管を有してもよい。
別の例として、回転シール継手を特定の油圧クラッチに使用してもよく、該継手は油圧流体の流入および流出の両方を確保する唯一の導管を有する。
最後に、多くの産業上および国内出願は、「Ｄｕｆｆ−Ｎｏｒｔｏｎ」社から市販の回転継手などの、１つまたは複数の回転継手の高圧領域における実装を必要としている。
ほとんどの場合、これらの継手のシールは、摩耗に耐性があり、炭素黒鉛、セラミック、炭化タングステン、または「ＰＴＦＥ」もしくは「テフロン」として公知のポリテトラフルオロエチレンなどの摩擦係数が低下することで公知の材料を用いて、互いに対して回転する要素の間に提供された接触圧によって確保される。該材料は、特に封止される流体の考慮する際に、流体が液体であるか気体であるかに依存し、また該流体の腐食性の度合に依存して選択される。
該材料は概して高い接触圧および上昇した摺動速度を受けるので、それらの耐用年数は、材料を定期的に変える必要があることがあり、それらの回転速度が限定され、それらの使用圧力も限定される（１０００バールを超えることはまれである）程度に限定される。
したがって充分に緊密で保守を回避するように耐久性があり、かつ高い回転速度で作動できる一方で、小型で、経済的で、摩擦エネルギーの浪費を少なく維持する、（約１０００バールまたは２０００バール以上の）非常に高圧な領域で作動する回転シール継手を設計し提供することは困難であることが明らかである。
このような継手は、本出願者に帰属する２０１３年５月２２に出願された仏国特許出願第１３５４５６２号の主題である、固定または可変シリンダを備えるモータ／油圧ポンプなどの、様々な用途における有効性を大幅に高めるはずであることに留意されたい。
回転シール継手の設計、提供、耐性、ならびに機能およびエネルギー効率に関連したこの問題を解決するために、本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手により、ある特定の実施形態によれば、
・同じ摩擦損失で、一部の油圧ポンプの吸気管と排気管との間に生じる濾出率が低減され、該管と該ポンプが有し得る回転シリンダとの間に生じる濾出率も低減され、
・同じシールレベルで、油圧ポンプが概して有する回転シリンダを備える、固定吸引管と固定送出管を連結させることができる回転継手によって発生された摩擦損失が低減されることが提案される。
結果として、本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、特に
・高い容量およびエネルギー収量を有する油圧ポンプの提供に寄与し、
・好ましくは他の要素とともに、動力車の推進力を意図した高エネルギー収量をもつ油圧ハイブリッド変速機を形成できる、油圧ポンプの設計および製造ができ、
・高圧回転シール継手を必要とするあらゆる機械または装置の機能および／またはエネルギー効率を潜在的に改善させることを可能にする。
加えて本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、該継手の製造はいかなる複雑な方法または高額の材料も含まないので、原価が安い。また該継手は、高度の堅牢性および長い耐用年数を供給し、高い油圧領域における作動も意図される。また該継手は、該ポンプが例えば羽根、軸ピストン、ラジアルピストン、回転もしくは非回転シリンダを備えていようとなかろうと、また該ポンプが液体、気体もしくは半液体流体のいずれで作動しても、固定または可変シリンダを備えるあらゆる油圧ポンプに適用できる。
本発明のその他の特徴は、本明細書および独立請求項に直接または間接的に依存する従属請求項に説明されている。
本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、
・雄供給体の一体部分を形成する少なくとも１つの雄油圧コネクタ、および雌供給体の一体部分を形成する雌油圧コネクタであって、該コネクタは同軸であるが、雄油圧コネクタは、雌油圧コネクタ内に収容され、前述のコネクタの両方に共通の長手軸に沿って後者に対して回転することができる一方で、雄油圧コネクタは、雌油圧コネクタの雌連結面に面する雄連結面を有し、該連結面は主に回転体である、少なくとも１つの雄油圧コネクタおよび雌油圧コネクタと、
・雄油圧コネクタの内側に配置された少なくとも１つの雄コネクタ内部流体管であって、その管内で流体が循環でき、その端部の１つは雌供給体および／または雄供給体内に配置された連通チャンバの中に入る、少なくとも１つの雄コネクタ内部流体管と、
・雌油圧コネクタの内側に配置された少なくとも１つの雌コネクタ内部流体管であって、その管内で流体が循環でき、その端部の１つは連通チャンバの中に入る、少なくとも１つの雌コネクタ内部流体管と、
・雌連結面内に配置された少なくとも１つの雌円筒シール部および／または雄連結面上に配置された雄円筒シール部と、
・雄油圧コネクタの周囲に装着され、後者に沿って摺動できる少なくとも１つの非拡張可能なシールリングであって、該リングは雌円筒シール部内に遊びがほとんどない状態で収容され、かつ／または雌油圧コネクタ内に収容され、後者内で長手方向に移動できる、少なくとも１つの非拡張可能なシールリングであって、該リングは雄円筒シール部の周囲に遊びがほとんどない状態で装着される、少なくとも１つの非拡張可能なシールリングと、
・非拡張可能なシールリングと、雄連結面もしくは雌連結面上に配置または連結されたリング形状軸受肩部との間に軸方向に挿入された、連続した環状体の少なくとも１つの拡張可能な連続リングであって、該連続リングは、該連続リング上に配置された拡張可能なリング外側円筒面がその外周全体にわたって円筒雌シール部と接触するように、圧力伝達チャネルを介して連通チャンバ内に含有された流体の圧力を受けることができる、拡張可能なリング内側円筒面、または該連続リング上に配置された拡張可能なリング内側円筒面がその内周全体にわたって円筒雄シール部と接触するように、圧力伝達チャネルを介して連通チャンバ内に含有された流体の圧力を受けることができる、拡張可能なリング外側円筒面のいずれかを備え、該拡張可能な連続リングは、非拡張可能なシールリングとの緊密な接触を直接または間接的に保持された、非拡張可能なリング側部上の軸方向面、およびリング形状の軸受肩部との緊密な接触を直接または間接的に保持された、軸受肩部側部上の軸方向面を有する、少なくとも１つの拡張可能な連続リングと、
・リング形状の軸受肩部に近接した非拡張可能なシールリングを引き寄せ、拡張可能な連続リングを軸方向に圧縮する傾向がある、少なくとも１つの非拡張可能なリングバネとを備える。
本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、非拡張可能なシールリングに近接した該円筒面の軸長部より平均すると短い直径を有するのに対して、拡張可能なリング外側円筒面は、その部分をその軸長全体にわたってほぼ同じ直径に留める、リング形状の軸受肩部に近接した拡張可能なリング内側円筒面の軸長部を備える。
本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、非拡張可能なシールリングに近接した該円筒面の軸長部より平均すると長い直径を有するのに対して、拡張可能なリング内側円筒面は、その部分をその軸長全体にわたってほぼ同じ直径に留める、リング形状の軸受肩部に近接した拡張可能なリング外側円筒面の軸長部を備える。
本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、拡張可能なリング外側円筒面上に突出して配置された外周接触線を備え、該線は、段階的傾斜の長い勾配がリング形状の軸受肩部の方向に配向された該線から形成されるのに対して、急な傾斜の短い勾配は非拡張可能なシールリングの方向に配向された該線から形成されるように、拡張可能な連続リングの軸長にわたって非拡張可能なシールリングの方向に偏心する。
本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、拡張可能なリング内側円筒面上に突出した内周接触線を備え、該線は、低く傾斜した長い勾配が環状軸受肩部の方向に配向された該線から形成されるのに対して、急な傾斜の短い勾配は非拡張可能なシールリングの方向に配向された該線から形成されるように、拡張可能な連続リングの軸長に非拡張可能なシールリングの方向に偏心する。
本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、非拡張可能なリング側面上の軸方向面および／または軸方向の環状突起を有する軸受肩部側面上の軸面を備える。
本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、油圧ピストンポンプのための油圧ポンプロータを形成する雌供給体または雄供給体を備え、該ロータは、その中で油圧ピストンが交互に長手方向に、さらに該シリンダを備えて、流体を吸引または送達できる可変容量のポンプ油チャンバを形成するように緊密に移動できる少なくとも１つの油圧シリンダを有し、該油チャンバは、ポンプ送出弁を介して雌コネクタ内部流体管または雄コネクタ内部流体管により連通チャンバに連結され、後者は、連通チャンバを通過するために流体をポンプ油チャンバから出すことができるが、逆の視点では、一方でポンプ油チャンバは、流体を該油チャンバに入れることができるがそこから出すことができない、ポンプ吸気弁も有する。
本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、雌油圧コネクタ内の中心に保持され、少なくとも１つのコネクタ軸受によりそれに対してヒンジで連結された、雄油圧コネクタを備える。
本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、供給体の緊密な玉継手を用いて雄供給体または雌供給体に第１の端部によって固定され、また連結体の緊密な玉継手を用いて連結体に第２の端部によって固定される、少なくとも１つの外側連結管を用いて連結体に連結される、雄コネクタ内部流体管および／または雌コネクタ内部流体管を備える。
本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、特に外側連結管上に配置された球錐台形のシール玉担体によって形成された、供給体の緊密な玉継手および／または連結体の緊密な玉継手を備え、該玉担体は、外側連結管の第１の端部に関して雄供給体もしくは雌供給体内に、または該外側管の第２の端部に関して連結体内のいずれかに配置されたシール玉受け座上に置かれる。
本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、外側連結管上に固定して装着された、または後者と緊密な摺動連結もしくは緊密な枢動および摺動連結を形成する、球錐台形のシール玉担体を備える。
本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、玉担体バネによってシール玉受け座との接触を直接または間接的に保持される、球錐台形のシール玉担体を備える。
本発明による拡張可能な連続リングを備える高圧回転シール継手は、中空もしくは突出した円錐台または球錐台輪郭を有する、非拡張可能なリング側面上で軸方向面との緊密な接触を保持される、非拡張可能なシールリングの長手方向端部を備える。
非限定例的な例を用いて提供された添付図面に関連した以下の説明により、本発明、本発明の特徴、およびそれによって提供されることが可能な利点をより良好に理解可能になる。
拡張可能な連続リングの拡張可能なリング外側円筒面がその外周全体にわたって雌円筒部に流体の圧力の影響下で接触することができる、拡張可能な連続リングと同様に、その中に遊びがほとんどない状態で非拡張可能なシールリングが収容される、該雌円筒シール部を備える雌連結面の変形に従った、本発明による拡張可能な連続リングを備えた高圧回転シール継手の概略断面図である。 拡張可能な連続リングの拡張可能なリング外側円筒面がその外周全体にわたって雌円筒部に流体の圧力の影響下で接触することができる、拡張可能な連続リングと同様に、その中に遊びがほとんどない状態で非拡張可能なシールリングが収容される、該雌円筒シール部を備える雌連結面の変形に従った、本発明による拡張可能な連続リングを備えた高圧回転シール継手の切り開いた三次元図である。 拡張可能な連続リングの拡張可能なリング内側円筒面がその内周全体にわたって円筒雄部と流体の圧力の影響下で接触することができる、拡張可能な連続リングと同様に、非拡張可能なシールリングがその周囲に遊びがほとんどない状態で収容される、該円筒シール雄部を有する雄連結面の変形に従った、本発明による拡張可能な連続リングを備えた高圧回転シール継手の概略断面図である。 拡張可能な連続リングの拡張可能なリング内側円筒面がその内周全体にわたって円筒雄部と流体の圧力の影響下で接触することができる、拡張可能な連続リングと同様に、非拡張可能なシールリングがその周囲に遊びがほとんどない状態で収容される、該円筒シール雄部を有する雄連結面の変形に従った、本発明による拡張可能な連続リングを備えた高圧回転シール継手の切り開いた三次元図である。該切り開いた三次元図は、拡張可能な連続リングの断面をより詳細に示す概略図を含む。 本発明による拡張可能な連続リングを備えた高圧回転シール継手を提供され得るような、拡張可能なリングの切り開いた三次元図である。該図は該リングの断面をより詳細に示す概略断面を含む。 圧力ゼロの流体を受けたときの、本発明による拡張可能な連続リングを備えた高圧回転シール継手の作動を示す図である。この図は、該拡張可能なリング上に配置された拡張可能なリング外側円筒面が雌円筒シール部と流体の圧力の影響下で接触するように意図されたときの、拡張可能な連続リングの作動をより具体的に示す。 中圧の流体を受けたときの、本発明による拡張可能な連続リングを備えた高圧回転シール継手の作動を示す図である。この図は、該拡張可能なリング上に配置された拡張可能なリング外側円筒面が雌円筒シール部と流体の圧力の影響下で接触するように意図されたときの、拡張可能な連続リングの作動をより具体的に示す。 強圧の流体を受けたときの、本発明による拡張可能な連続リングを備えた高圧回転シール継手の作動を示す図である。この図は、該拡張可能なリング上に配置された拡張可能なリング外側円筒面が雌円筒シール部と流体の圧力の影響下で接触するように意図されたときの、拡張可能な連続リングの作動をより具体的に示す。 雌供給体は油圧ピストンポンプの油圧ポンプロータを形成し、雄油圧コネクタは２つの雄コネクタ内部流体管を備える一方で、雌油圧コネクタは２つの雌コネクタ内部流体管を備えることに従って、本発明による拡張可能な連続リングを備えた高圧回転シール継手の変形の概略断面図である。 図８に示されたように、本発明による拡張可能な連続リングを備えた高圧回転シール継手の変形の切り開いた三次元図である。 図８に示されたように、本発明による拡張可能な連続リングを備えた高圧回転シール継手の変形の分解三次元図である。 図８に示されたように、本発明による拡張可能な連続リングを備えた高圧回転シール継手を備える油圧ピストンポンプの透明三次元図である。
図１〜図１２は拡張可能な連続リング１を備えた高圧回転シール継手を示す。
特に図１〜図４および図６〜図１１では、本発明による拡張可能な連続リング１を備えた高圧回転シール継手は、雄供給体３および雌油圧コネクタ４の一体部を形成する少なくとも１つの雄油圧コネクタ２を備え、雌油圧コネクタ４は雌供給体５の一体部を形成し、該コネクタ２、４は同軸である一方で、雄油圧コネクタ２は雌油圧コネクタ４内に収容され、後者に対して前述のコネクタ２、４の両方に共通の長手軸に沿って回転できるが、雄油圧コネクタ２は雄連結面６を有し、雄連結面６は雌油圧コネクタ４上に配置された雌連結面７に面し、該連結面６、７は主に回転体であることがわかる。
依然として図１〜図４および図６〜図１１を参照すると、本発明による拡張可能な連続リング１を備えた高圧回転シール継手は、雄油圧コネクタ２内に配置された少なくとも１つの雄コネクタ内部流体管８を備え、その管内で流体１６は循環することができ、その一端は雌供給体５および／または雄供給体３内に配置された連通チャンバ１０の中に入るのに対して、該内部管８の他端は雄供給体３の半径方向、軸方向、またはあらゆる点から出ることができることに留意されたい。
また同じ図は、該シール継手１は雌油圧コネクタ４内に配置された少なくとも１つの雌コネクタ内部流体管９を有し、その管内で流体１６は循環することができ、その一端は連通チャンバ１０の中に入るのに対して、該内部管９の他端は雌供給体４の半径方向、軸方向、またはあらゆる点から出ることができることも示す。
また図１〜図４および図６〜図１１は、該シール継手１が、雌連結面７上に配置された少なくとも１つの雌円筒シール部１１および／または雄連結面６上に配置された円筒雄シール部２１を有することも明確に示す。
また図１〜図４および図６〜図１１では、本発明による拡張可能な連続リング１を備えた高圧回転シール継手は、少なくとも１つの非拡張可能なシールリング４２を有し、非拡張可能なシールリング４２は雄油圧コネクタ２の周囲に装着され、後者に沿って摺動でき、該リング４２は雌円筒シール部１１内に遊びがほとんどない状態で収容され、かつ／または少なくとも１つの非拡張可能なシールリング４２は、雌油圧コネクタ４内に収容され、後者内で長手方向に移動でき、該リング４２は円筒雄シール部２１の周囲に遊びがほとんどない状態で装着されることもわかる。
依然として同じ図を参照し、さらに図５も参照すると、該シール継手１は、非拡張可能なシールリング４２と、雄連結面６上もしくは雌連結面７上に配置または連結されたリング形状の軸受肩部１４との間に軸方向に挿入された、連続環状体の少なくとも１つの拡張可能な連続リング１３を有し、該連続リング１３は、該連続リング１３上に配置された拡張可能なリング外側円筒面１７が、その外周全体にわたって雌円筒シール部１１と接触するように、圧力伝達チャネル１２を介して連通チャンバ１０内に含有された流体１６の圧力を受けることができる拡張可能なリング内側円筒面１５、または該連続リング１３上に配置された拡張可能なリング内側円筒面１５が、その内周全体にわたって円筒雄シール部２１と接触するように、圧力伝達チャネル１２を介して連通チャンバ１０内に含有された流体１６の圧力を受けることができる拡張可能なリング外側円筒面１７のいずれかを備え、該拡張可能な連続リング１３は、非拡張可能なシールリング４２との緊密な接触を直接または間接的に保持された非拡張可能なリング１８側部上の軸方向面、およびリング形状の軸受肩部１４との緊密な接触を直接または間接的に保持された軸受肩部１９側部上の軸方向面を備えることがわかる。
圧力伝達チャネル１２は、非拡張可能なシールリング４２の内側または外側、かつ／または雄供給体３内もしくは雌供給体５内に配置されることができることに留意されたい。また拡張可能なリング内側円筒面１５および／または拡張可能なリング外側円筒面１７は、拡張可能な連続リング１３と、非拡張可能なシールリング４２および／またはリング形状の軸受肩部１４との間にできるだけ緊密なシールを直接または間接的に生成するために、可撓性材料から作成された少なくとも１つの円形シールガスケットと協働することができることにも留意されたい。
最後に、本発明による拡張可能な連続リング１を備える高圧回転シール継手は、図１〜図４および図６〜図１１で見られる少なくとも１つの非拡張可能なリングバネ２０を備え、非拡張可能なリングバネ２０は、リング形状の軸受肩部１４に近接した非拡張可能なシールリング４２を引き寄せ、拡張可能な連続リング１３を軸方向に圧縮する傾向があり、該バネ２０は、場合によっては１つまたは複数の「ベルビル（Ｂｅｌｌｉｖｉｌｌｅ）」ワッシャ（皿バネ）、あらゆる型の弾性ワッシャである、または場合によってはコイルバネ、板バネ、ねじりバネ、引張バネ、圧縮バネ、もしくは当業者に公知のあらゆる型のバネである。また該バネ２０は、例えば流体１６が開口を通過できるような透かし設計または非透かし設計の、金属またはあらゆる他の材料から作成された回転体であってもよいことにも留意されたい。
リング形状の軸受肩部１４に近接した拡張可能なリング内側円筒面１５は、平均すると非拡張可能なシールリング４２に近接した該円筒面１５の軸長部より短い直径を有してもよいのに対して、拡張可能なリング外側円筒面１７は、さらに拡張可能な連続リング１３が、その全軸長にわたって半径方向により薄く、リング形状の軸受肩部１４の側部からより、非拡張可能なシールリング４２の側部からの勾配が少ないように、その部分がその全軸長にわたってほぼ同じ直径のままであってもよいことに留意されたい。
またリング形状の軸受肩部１４に近接した拡張可能なリング外側円筒面１７の軸長部は、平均すると非拡張可能なシールリング４２に近接した該円筒面１７の軸長部より長い直径を有してもよいのに対して、拡張可能なリング内側円筒面１５は、拡張可能な連続リング１３が、その全軸長にわたって半径方向により薄く、リング形状の軸受肩部１４の側部からより、非拡張可能なシールリング４２の側部からの勾配が少ないように、その部分がその全軸長にわたってほぼ同じ直径のままであってもよいことにも留意されたい。
図５では、外周接触線２２は拡張可能なリング外側円筒面１７上に突出して配置されることが可能であり、該線２２は、段階的傾斜２３の長い勾配がリング形状の軸受肩部１４の方向に配向された該線２から形成されるのに対して、急な傾斜２４の短い勾配は非拡張可能なシールリング４２の方向に配向された該線２２から形成されるように、拡張可能な連続リング１３の軸長にわたって非拡張可能なシールリング４２の方向に偏心することが明確にわかる。
図３および図４に示された代替形態のように、内周接触線２５は拡張可能なリング内側円筒面１５上に突出して配置されることが可能であり、該線２５は、段階的傾斜２３の長い勾配がリング形状の軸受肩部１４の方向に配向された該線２から形成されるのに対して、急な傾斜２４の短い勾配は非拡張可能なシールリング４２の方向に配向された該線２２から形成されるように、拡張可能な連続リング１３の軸長に沿って非拡張可能なシールリング４２の方向に偏心する。
拡張可能な連続リング３、非拡張可能なシールリング４２、またはリング形状の軸受肩部１４は、全体的または部分的に窒化する、浸炭する、かつ／あるいはＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素）または硬いかつ／もしくは摩擦係数が低いあらゆる他の被覆で覆うことができることがここで挙げられる。
拡張可能なリング外側円筒面１７および／または拡張可能なリング内側円筒面１５は、複雑な形、または概してセグメントに適用可能なあらゆる幾何形状の、単一傾斜、二重傾斜、肩のある図５に示されたようなドーム輪郭を有してもよく、一方では拡張可能なリング外側円筒面１７と雌円筒シール部１１との間、または拡張可能なリング内側円筒面１５と円筒雄シール部２１との間の接触圧を制御でき、他方では該面１７と１５との間、および該面１１と２１との間に形成された油の薄膜の厚さ、または拡張可能な連続リング３のねじり、傾斜、もしくは折り曲げの動きを制御できることにさらに留意されたい。
また図５は、非拡張可能なリング軸方向面１８および／または軸受肩部軸方向面１９が、非拡張可能なリング側部上の軸方向面１８と非拡張可能なシールリング４２との間、または軸受肩部上の軸方向面１９とリング形状の軸受肩部１４との間のいずれか、または両方の接触面を低減することを可能にし、さらに互いに接触して位置付けられたこれらの異なる構成要素間の最良の可能なシールを保証するために、軸方向環状突起２６を有してもよいことも示す。
加えて拡張可能なリング内側円筒面１５および拡張可能なリング外側円筒面１７が円筒雄シール部２１および雌円筒シール部１１のそれぞれとの接触を形成する線の両側上に受ける圧力の平衡の影響下で、拡張可能な連続リング１３が速やかに収縮できるために、該面１５の輪郭または該面１７の輪郭を傾斜して提供できる。
図９〜図１２は、本発明による拡張可能な連続リング１を備えた高圧回転シール継手とともに、雌供給体５または雄供給体３は、油圧ピストンポンプ３２のための油圧ポンプロータ２７を形成してもよく、該ロータ２７は、その中で油圧ピストン２９が交互に長手方向に、また該シリンダ２８を備えて、流体１６を吸引または送出できる可変容量のポンプ油チャンバ３０を形成するように緊密に移動できる少なくとも１つの油圧シリンダ２８を備え、該油チャンバ３０は、ポンプ送出弁３１を介して雌コネクタ内部流体管９または雄コネクタ内部流体管８により連通チャンバ１０に連結され、後者は、連通チャンバ１０を通過するために流体１６をポンプ油チャンバ３０から出すことができるが、逆の視点では、ポンプ油チャンバ３０は、流体１６を該油チャンバ３０に入れることができるがそこから出すことができない、ポンプ吸気弁３３も備えてもよいことを示す。
油圧シリンダ２８は、油圧ポンプロータ２７内に半径方向、軸方向、または当業者によって認識可能なあらゆる他の配向に位置付けられることが可能であることに留意されたい。
図１〜図４および図９〜図１１では、雄油圧コネクタ２は雌油圧コネクタ４内の中心に保持され、少なくとも１つのコネクタ軸受３４により後者に対してヒンジで連結されることが可能であり、コネクタ軸受３４は動圧もしくは静圧軸受、玉軸受もしくはあらゆる型のころ軸受、気体もしくは磁気軸受、または当業者に公知のあらゆる他の軸受であってもよいことに留意されたい。
図９〜図１１では、雄コネクタ内部流体管８および／または雌コネクタ内部流体管９は、少なくとも１つの外側連結管３６を用いて連結体３５に連結されることが可能であり、外側連結管３６は供給体の緊密な玉継手３７を用いて雄供給体３または雌供給体５に第１の端部によって固定され、また連結体の緊密な玉継手３８を用いて連結体３５に第２の端部によって固定されることがわかる。
同じ図は、供給体の緊密な玉継手３７および／または連結体の緊密な玉継手３８は、特に外側連結管３６上に配置された球錐台閉鎖玉継手３９によって形成されることが可能であり、該玉継手３９は、外側連結管３６の第１の端部に関して雄供給体３もしくは雌供給体５内に、または該外側管３６の第２の端部に関して連結体３５内のいずれかに配置されたシール玉受け座４０上に着座することを示す。
依然として図９〜図１１を参照すると、球錐台閉鎖玉継手３９は外側連結管３６上に固定して装着されることが可能であり、または該玉継手３９が該管３６に沿って摺動できるように、後者と緊密な摺動連結もしくは緊密な枢動および摺動連結を形成してもよいことに留意されたい。
外側連結管３６がその各端部に固定して装着された球錐台閉鎖玉継手３９を備える場合、該外側管３６は連結体３５を雄供給体３または雌供給体５に対して一定距離で保持し、特に該外側管３６は連結体３５が流体１６の圧力の影響下で雄供給体３または雌供給体５から遠ざかることを防止することに留意されたい。
また図９〜図１１では、球錐台閉鎖玉継手３９は、玉担体バネ４１によってシール玉受け座４０との接触を直接または間接的に保持されることが可能であることもわかる。該バネ４１は、場合によっては１つまたは複数の「ベルビル（Ｂｅｌｌｉｖｉｌｌｅ）」ワッシャ（皿バネ）、あらゆる型の弾性ワッシャである、または場合によってはコイルバネ、板バネ、ねじりバネ、引張バネ、圧縮バネ、もしくは当業者に公知のあらゆる型のバネである。
最後に、非拡張可能なリング軸方向面１８との緊密な接触を保持された非拡張可能なシールリング４２の長手方向端部は、非拡張可能なシールリング４２と拡張可能な連続リング１３との間のわずかな軸方向の不整合が、該連続した非拡張可能なシールリング４２と該拡張可能なリング１３との間の接合部に流体１６の濾出を生成できないように、円錐台または球錐台の形の中空もしくは突出した輪郭を有してもよいことに留意されたい。
本発明の作動
本発明による拡張可能な連続リング１を備える高圧回転シール継手の作動は、上の説明に基づき、また図１〜図１２を参照して理解される。
該継手１の作動を示すために、図１および図２に示された構成を検討する。その中で雌連結面７は雌円筒シール部１１を有し、その中で拡張可能な連続リング１３と同様に、非拡張可能なシールリング４２は遊びがほとんどない状態で収容され、該連続リング１３上に配置された拡張可能なリング外側円筒面１７は、ある特定の条件下でその外周全体にわたって該円筒雌部１１と接触できるために提供される。
依然として図１および図２を参照すると、ここでは（約２０００バールで加圧された）非常に高い加圧流体１６が封止されるべきであり、雌供給体５は例えば毎分数百回転で回転するのに対して、雄供給体３は固定して保持されると考えられる。図１および図２に示された例によれば、雌供給体５と雄供給体３との間の回転連結は、連結軸受３４によって形成される。
加圧流体１６は雄コネクタ内部流体管８を介して雄供給体３によって到達し、該流体１６は次いで連通チャンバ１０の中に入った後、雌供給体５上に配置された雌コネクタ内部流体管９を介して該連通チャンバ１０から出ると考えられる。
ここで圧力が２０００バールに上昇するにもかかわらず、互いに対して回転し、さらに摩擦損失が最少である、雌供給体５と雄供給体３との間にできるだけ緊密なシールを確保することが問題である。別の目的は、該シールが数億または数１０億になることもある可能な最大回転数の該シールを保証することである。
図１および図２に示された本発明による拡張可能な連続リング１を備える高圧回転シール継手の非限定的な例示的な実施形態によれば、図５に説明され、図６〜図８に一部が概略的に示された構成に類似した構成の拡張可能な連続リング１３が選択された。最後に記載された図は、非拡張可能なシールリング４２と協働する該連続リング１３の作動を容易に説明することができる。
図６は、雄コネクタ内部流体管８内、連通チャンバ１０内、および雌コネクタ内部流体管９内に圧力が流れていないときの拡張可能な連続リング１３の状態を示す。
図６では、拡張可能な連続リング１３は、非拡張可能なリングバネ２０により非拡張可能なシールリング４２とリング形状の軸受肩部１４との間に軸方向に締め付けられて保持されることに留意されたい。拡張可能な連続リング１３は、非拡張可能なリング側部１８上のその軸方向面上、および軸受肩部側部１９上のその軸方向面上に軸方向環状突起２６を有するので、一方では該連続リング１３と非拡張可能なシールリング４２との間、また他方では該連続リング１３とリング形状の軸受肩部１４との間に、比較的緊密な軸方向シールが生成される。
該緊密なシールは、特に非拡張可能なリングバネ２０により拡張可能な連続リング１３上に軸方向に掛けられた力から生じる。この力は緩やかであり、さらに軸方向環状突起２６と一方では非拡張可能なシールリング４２、他方ではリング形状の軸受肩部１４との間の接触の圧力は、該突起２６によって提供された小さい接触面に上昇して与えられる。該緊密な封止を保証するのはこの上昇した接触圧である。
依然として図６を参照すると、小さい半径方向の遊びが非拡張可能なシールリング４２と雌円筒シール部１１との間に残っていることがわかる。この遊びは、実際には数ミクロンであってもよい。これと同じ大きさの半径方向の遊びは、拡張可能な連続リング１３と該円筒部１１との間に残っていることに留意されたい。また非拡張可能なシールリング４２および拡張可能な連続リング１３は、雌円筒シール部１１のみにより半径方向に誘導されることにも留意されたい。
図７は、本発明による拡張可能な連続リング１を備える高圧回転シール継手が中間圧力の中央値、例えば１０００バールを受けたときに何が起きるかを示す。
連通チャンバ１０内に広がる圧力は圧力伝達チャネル１２内に即座に定着するので、拡張可能なリング内側円筒面１５も流体１６により該圧力を即座に受ける。
それと並行して、非拡張可能なシールリング４２と雌円筒シール部１１との間に残っているわずかな半径方向の遊びは、流体１６の微量の圧力を誘発し、これは、後者が該シールリング４２と該円筒部１１との間の隙間内の圧力下で提供されるという事実を考慮するとなお一層重要である。拡張可能なリング外側円筒面１７の上の圧力は次いで大気圧に近づく。
これにより、拡張可能なリング内側円筒面１５と拡張可能なリング外側円筒面１７との圧力差が大きくなる。この圧力差により拡張可能な連続リング１３の直径が増加し、後者は元来弾力のある鋼鉄から作成される。
したがって拡張可能な連続リング１３の直径は、該リング１３の拡張可能なリング外側円筒面１７の外周接触線２２が雌円筒シール部１１と接触するまで増加し、これは該線２２と該部１１との間にシールを提供する。一旦この接触が確立されると、流体１６が本発明による拡張可能な連続リング１を備える高圧回転シール継手から逃れるいかなる通路ももはや存在しない。
外周接触線２２と雌円筒シール部１１との間の接触点に掛けられた力は、拡張可能なリング内側円筒面１５上の流体１６によって掛けられた力から、拡張可能な連続リング１３の剛性に由来するその狭窄力を引いたものであり、該剛性はその抵抗を該リング１３の変形に変換することを理解されたい。
図５では、拡張可能な連続リング１３の輪郭は、リング形状の軸受肩部１４の方向に配向させることが意図された段階的傾斜２３の長い勾配、および非拡張可能なシールリング４２の方向に配向させることが予想される急な傾斜２４の短い勾配を有するのに対して、外周接触線２２はこれらの２つの前述の勾配２３、２４のほぼ交点に配置されることに留意されたい。
この特定の構成により、拡張可能な連続リング１３が、外周接触線２２と雌円筒シール部１１との間に確立された接触にかかわらず直径方向の拡張を維持するように、充分な断面を流体１６の圧力に曝すことが可能になる。
図８では、流体１６の圧力が例えば２０００バールに到達したときに遭遇するような状況が示されている。このような圧力下で、段階的傾斜２３の長い勾配により該圧力に曝された拡張可能な連続リング１３の長手方向の断面は、拡張可能な連続リング１３をその横方向の断面に傾斜させる傾向がある。これは、拡張可能な連続リング１３により圧力に曝された長手方向の断面を低減させ、したがって外周接触線２２により雌円筒シール部１１上に加えられた余分な力が低減し、該余分な力はシールが求めるレベルに達するには無益である。実際その上で枢動することにより、拡張可能な連続リング１３の横方向の断面は段階的傾斜２３の長い勾配の有効な長さが低減する傾向があり、したがって流体１６の圧力に曝された拡張可能な連続リング１３の有効な長手方向の断面が低減する傾向がある。
本発明による拡張可能な連続リング１を備える高圧回転シール継手によって提供されたこの例示的な実施形態によれば、連通チャンバ１０内に含有された流体１６の圧力が何であろうと、シールと接触圧と接触力との間で可能な最良の妥協を見つけるために、拡張可能な連続リング１３の断面形状を計算することが可能であることが挙げられる。
これにより、外周接触線２２と雌円筒シール部１１との間の接点に生じる摩擦損失を最小にする一方で、シールを求めるレベルに維持することが可能になる。
また拡張可能な連続リング１３は金属であるので、拡張可能な連続リング１３は当然摩耗に耐性があり、流体１６の浸食および／または摩耗が強過ぎない限り、一定品質の耐久性を確保できることにも留意されたい。さらに摩耗に対するその耐性およびそのエネルギー効率を向上させるために、該連続リング１３を全体的または部分的に窒化する、浸炭する、かつ／あるいはＤＬＣ（ダイヤモンド状炭素）または硬いかつ／もしくは摩擦係数が低いあらゆる他の被覆で覆うことができる。また該連続リング１３は、一部の適用によれば防食処置を受けてもよい。
図９〜図１２は、雌供給体５を形成する油圧ポンプロータ２７内に半径方向に位置付けられた、油圧ピストン２９を具備した油圧ピストンポンプ３２内に使用された、本発明による拡張可能な連続リング１を備える高圧回転シール継手を示す。
この場合、本発明による拡張可能な連続リング１を備える高圧回転シール継手は、該継手１で流体１６の濾出がほとんどないので、高いエネルギー性能の油圧ピストンポンプ３２の提供に寄与することがわかる。
またこの例によれば、約２０００バールの圧力を雌供給体５と雄供給体３との間のシールに提供してもよいのに対して、２つの拡張可能な連続リング１３、および２つの非拡張可能なシールリング４２に共通の非拡張可能なリングバネ２０の両側に軸方向に対称に装着された２つの非拡張可能なシールリング４２が提供される。
本発明による拡張可能な連続リング１を備える高圧回転シール継手は、油圧ポンプ２７の低圧供給入口から回転シールを確保するリップガスケット４３と協働することが挙げられる。
依然としてこの例を参照すると、拡張可能な連続リング１を備える高圧回転シール継手は、玉軸受の形をとる２つのコネクタ軸受３４を備える。
油圧ポンプ２７のそれぞれの油圧シリンダ２８の流体１６の低圧吸気は、ポンプ吸気弁３３を用いて作動するのに対して、該流体１６はポンプ送出弁３１により該シリンダから排出されることに留意されたい。
したがって油圧ポンプ２７はフリーホイールとして機能し、当然流体１６の圧縮エネルギーのほとんどすべてを回復し、これは該ポンプの高エネルギー性能に大きく貢献する。
雄供給体３は外側連結管３６を用いて油圧ピストンポンプ３２に対して固定して装着された連結体３５に連結され、小さいほど高圧専用であるのに対して、大きいほど低圧専用であることに留意されたい。
外側連結管３６は油圧ポンプ２７の側部上で供給体の緊密な玉継手３７、および連結体３５の側部上で連結体の緊密な玉継手３８によって終了することに留意されたい。この特定の構成により、すべての方向、および雄供給体３と連結体３５との間の回転のすべての方向への微小運動が可能になり、このような自由は荷重変形、機械加工の誤差、および油圧ピストンポンプ３２が曝される作動隙間に必要とされる。
低圧に専用の外側連結管３６の２つの球錐台閉鎖玉継手３９は、流体１６の圧力によって発生された力にかかわらず、連結体３５を雄供給体３に対して一定距離で保持するように、該管３６上に固定して装着されることに留意されたい。加えて雄供給体３の側部上に位置付けられた高圧専用の外側連結管３６の球錐台閉鎖玉継手３９は、該管３６上に固定して装着されるのに対して、同じ管３６上に装着された反対側の球錐台閉鎖玉継手３９は、枢動をなし、後者と連結して摺動することに留意されたい。
拡張可能な連続リング１を備える高圧回転シール継手のこれらの例示的な適用は、これらが油圧ポンプまたはあらゆる他の機械に関与しても無制限にその使用を他の適用に単純に変換できる。したがって、本発明による該継手１を備える該他の適用は、連続して回転する、または互いに対して交互に回転する２つの部分の間の液体または気体状流体のいかなる重大な濾出も防止するために解決策を見出すことができる。
上記の説明は例を用いて提供されたに過ぎず、本発明の範囲を決して限定するものではなく、これは説明された実行の詳細をあらゆる他の等価物との置換により逸脱することはないことを理解されたい。

Claims (13)

  1. 拡張可能な連続リング（１）を備える高圧回転シール継手であって、前記シール継手は、
    ・雄供給体（３）の一体部分を形成する少なくとも１つの雄油圧コネクタ（２）と、
    ・雌供給体（５）の一体部分を形成する雌油圧コネクタ（４）であって、前記雄油圧コネクタ（２）および前記雌油圧コネクタ（４）は同軸であるが、前記雄油圧コネクタ（２）は、前記雌油圧コネクタ（４）内に収容され、前記雄油圧コネクタ（２）および前記雌油圧コネクタ（４）に共通の長手軸に沿って前記雌油圧コネクタ（４）に対して回転することができる一方で、前記雄油圧コネクタ（２）は、前記雌油圧コネクタ（４）上に配置された雌連結面（７）に面する雄連結面（６）を有し、前記雄連結面（６）および前記雌連結面（７）は主に回転体である、雌油圧コネクタ（４）と、
    ・前記雄油圧コネクタ（２）の内側に配置された少なくとも１つの雄コネクタ内部流体管（８）であって、その管内で流体（１６）が循環でき、その端部の１つは前記雌供給体（５）および／または前記雄供給体（３）内に配置された連通チャンバ（１０）の中に入る、雄コネクタ内部流体管（８）と、
    ・前記雌油圧コネクタ（４）の内側に配置された少なくとも１つの雌コネクタ内部流体管（９）であって、その管内で前記流体（１６）が循環でき、その端部の１つは前記連通チャンバ（１０）の中に入る、雌コネクタ内部流体管（９）と、
    ・前記雌連結面（７）上内に配置された少なくとも１つの雌円筒シール部（１１）および／または前記雄連結面（６）上に配置された雄円筒シール部（２１）と、
    ・前記雄油圧コネクタ（２）の周囲に装着され、前記雄油圧コネクタ（２）に沿って摺動できる少なくとも１つの非拡張可能なシールリング（４２）であって、前記リング（４２）は前記雌円筒シール部（１１）内に遊びがほとんどない状態で収容され、かつ／または前記雌油圧コネクタ（４）内に収容され、前記雌油圧コネクタ（４）内で長手方向に移動できる、少なくとも１つの非拡張可能なシールリング（４２）であって、前記リング（４２）は前記雄円筒シール部（２１）の周囲に遊びがほとんどない状態で装着される、非拡張可能なシールリング（４２）と、
    ・前記非拡張可能なシールリング（４２）と、前記雄連結面（６）もしくは前記雌連結面（７）上に配置または連結されたリング形状軸受肩部（１４）との間に軸方向に挿入された、連続した環状体の少なくとも１つの拡張可能な連続リング（１３）であって、前記連続リング（１３）は、前記連続リング（１３）上に配置された拡張可能なリング外側円筒面（１７）がその外周全体にわたって前記雌円筒シール部（１１）と接触するように、圧力伝達チャネル（１２）を介して前記連通チャンバ（１０）内に含有された前記流体（１６）の圧力を受けることができる、拡張可能なリング内側円筒面（１５）、または前記連続リング（１３）上に配置された拡張可能なリング内側円筒面（１５）がその内周全体にわたって前記円筒雄シール部（２１）と接触するように、前記圧力伝達チャネル（１２）を介して前記連通チャンバ（１０）内に含有された前記流体（１６）の圧力を受けることができる、拡張可能なリング外側円筒面（１７）のいずれかを備え、前記拡張可能な連続リング（１３）は、前記非拡張可能なシールリング（４２）との緊密な接触を直接または間接的に保持された第１の軸方向面（１８）、および前記リング形状の軸受肩部（１４）との緊密な接触を直接または間接的に保持された第２の軸方向面（１９）を備える、拡張可能な連続リング（１３）と、
    ・前記リング形状の軸受肩部（１４）に近接した前記非拡張可能なシールリング（４２）を引き寄せ、前記拡張可能な連続リング（１３）を軸方向に圧縮する傾向がある、少なくとも１つの非拡張可能なリングバネ（２０）と、
    を備えることを特徴とする、シール継手。
  2. 前記リング形状の軸受肩部（１４）に近接した前記拡張可能なリング内側円筒面（１５）の軸長部は、前記非拡張可能なシールリング（４２）に近接した前記円筒面（１５）の軸長部より平均すると短い直径を有するのに対して、前記拡張可能なリング外側円筒面（１７）は、その部分をその軸長全体にわたってほぼ同じ直径に留めることを特徴とする、請求項１に記載のシール継手。
  3. 前記リング形状の軸受肩部（１４）に近接した前記拡張可能なリング外側円筒面（１７）の軸長部は、前記非拡張可能なシールリング（４２）に近接した前記円筒面（１７）の軸長部より平均すると長い直径を有するのに対して、前記拡張可能なリング内側円筒面（１５）は、その部分をその軸長全体にわたってほぼ同じ直径に留めることを特徴とする、請求項１に記載のシール継手。
  4. 外周接触線（２２）は前記拡張可能なリング外側円筒面（１７）上に突出して配置され、前記線（２２）は、段階的傾斜（２３）の長い勾配が前記リング形状の軸受肩部（１４）の方向に配向された前記線（２）から形成されるのに対して、急な傾斜（２４）の短い勾配は前記非拡張可能なシールリング（４２）の方向に配向された前記線（２２）から形成されるように、前記拡張可能な連続リング（１３）の軸長にわたって前記非拡張可能なシールリング（４２）の方向に偏心することを特徴とする、請求項１に記載のシール継手。
  5. 内周接触線（２５）は前記拡張可能なリング内側円筒面（１５）上に突出して配置され、前記線（２５）は、段階的傾斜（２３）の長い勾配が前記リング形状の軸受肩部（１４）の方向に配向された前記線（２）から形成されるのに対して、急な傾斜（２４）の短い勾配は前記非拡張可能なシールリング（４２）の方向に配向された前記線（２２）から形成されるように、前記拡張可能な連続リング（１３）の軸長にわたって前記非拡張可能なシールリング（４２）の方向に偏心することを特徴とする、請求項１に記載のシール継手。
  6. 前記第１の軸方向面（１８）および／または前記第２の軸方向面（１９）は、軸方向の環状突起（２６）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のシール継手。
  7. 前記雌供給体（５）または前記雄供給体（３）は、油圧ピストンポンプ（３２）のための油圧ポンプロータ（２７）を形成し、前記ロータ（２７）は、その中で油圧ピストン（２９）が交互に長手方向に、さらに前記シリンダ（２８）を備えて、前記流体（１６）を吸引または送達できる可変容量のポンプ油チャンバ（３０）を形成するように緊密に移動できる少なくとも１つの油圧シリンダ（２８）を備え、前記油チャンバ（３０）は、ポンプ送出弁（３１）を介して前記雌コネクタ内部流体管（９）または前記雄コネクタ内部流体管（８）により前記連通チャンバ（１０）に連結され、前記ポンプ送出弁（３１）は、前記連通チャンバ（１０）を通過するために前記流体（１６）を前記ポンプ油チャンバ（３０）から出すことができるのに対して、前記ポンプ油チャンバ（３０）は、前記流体（１６）を前記油チャンバ（３０）に入れることができるがそこから出すことができないポンプ吸気弁（３３）も有することを特徴とする、請求項１に記載のシール継手。
  8. 前記雄油圧コネクタ（２）は前記雌油圧コネクタ（４）内の中心に保持され、それに対して少なくとも１つのコネクタ軸受（３４）によってヒンジで連結されることを特徴とする、請求項１に記載のシール継手。
  9. 前記雄コネクタ内部流体管（８）および／または前記雌コネクタ内部流体管（９）は、少なくとも１つの外側連結管（３６）を用いて連結体（３５）に連結され、前記外側連結管（３６）は供給体の緊密な玉継手（３７）を用いて前記雄供給体（３）または前記雌供給体（５）に第１の端部によって固定され、また連結体の緊密な玉継手（３８）を用いて前記連結体（３５）に第２の端部によって固定されることを特徴とする、請求項１に記載のシール継手。
  10. 前記供給体の緊密な玉継手（３７）および／または前記連結体の緊密な玉継手（３８）は、特に前記外側連結管（３６）上に配置された球錐台の形のシール玉担体（３９）によって形成され、前記玉担体（３９）は、前記外側連結管（３６）の前記第１の端部に関して前記雄供給体（３）もしくは前記雌供給体（５）内に、または前記外側管（３６）の前記第２の端部に関して前記連結体（３５）内のいずれかに配置されたシール玉受け座（４０）上に着座することを特徴とする、請求項９に記載のシール継手。
  11. 前記球錐台の形のシール玉担体（３９）は、前記外側連結管（３６）上に固定して装着され、または前記外側連結管（３６）と緊密な摺動連結、もしくは緊密な枢動および摺動連結を形成することを特徴とする、請求項９に記載のシール継手。
  12. 前記球錐台の形のシール玉担体（３９）は、玉担体バネ（４１）により前記シール玉受け座（４０）との接触を直接または間接的に保持されることを特徴とする、請求項９に記載のシール継手。
  13. 前記第１の軸方向面（１８）と緊密な接触を保持された前記非拡張可能なシールリング（４２）の長手方向端部は、円錐台または球錐台輪郭を有することを特徴とする、請求項１に記載のシール継手。
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