KR100870459B1 - 다수의 세그먼트로 분할된 오일 스크레이퍼 링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유극을 가지며 비확동 방식으로 유지 링 세그먼트 내에 배치된 플라스틱 인서트 링 세그먼트(4)와 금속 유지 링 세그먼트(2)로 이루어진 세그먼트를 구비한 경제적인 오일 스크레이퍼 링(1)에 관한 것이다. 비확동 결합은 각각의 유지 링 세그먼트 내에 구비된 그루브(22)의 바닥 연장부에 형성된 리세스(24) 및 인서트 링 세그먼트(4)의 횡방향 플랜지(44)에 의해 이루어진다. 이런 식으로, 두 개의 링 세그먼트 사이의 삽구이음이 달성된다. 상기 인서트 링 세그먼트(4)는 두 개의 평행한 스크레이퍼 날개(41) 사이에 배치된 다수의 릴리프 구멍(49)을 포함하는데, 상기 릴리프 구멍은 유지 링 세그먼트(2) 내의 오일 릴리프 구멍(29)과 연통한다. 플라스틱 또는 금속만으로 이루어진 오일 스크레이퍼 날개에 비해, 본 발명은 보다 경제적이고, 피스톤 로드의 마모를 줄여서 오일 소비를 감소시킨다.

Description

다수의 세그먼트로 분할된 오일 스크레이퍼 링{Oil scraper ring divided into segments}

본 발명은 다수의 세그먼트로 분할되고 적어도 하나의 원주 스프링에 의해 지지되는 오일 스크레이퍼 링에 관한 것이며, 특히 선박 디젤 모터의 피스톤 로드용 오일 스크레이퍼 링에 관한 것으로, 여러 개의 오일 릴리프 구멍과 적어도 하나의 오일 스크레이퍼 날개가 피스톤 로드를 향하도록 배치된다.

일반적으로, 오일 스크레이퍼 링은 다수의 세그먼트로 나누어지고 적어도 하나의 원주 스프링에 의해 지지된다. 이러한 오일 스크레이퍼 링은 피스톤 로드에서 지지되고 오일 스크레이퍼 날개를 이용하여 피스톤 로드에 존재하는 오일을 다량 닦아내서 모터 오일이 크랭크 하우징에서 소기통로로 유입되지 않도록 하므로, 모터 오일의 낭비를 방지한다. 이때, 오일 스크레이퍼 날개는 피스톤 로드와 마찬가지로 마모되기 쉽다. 따라서, 상기 오일 스크레이퍼 날개는 주기적으로 교체되어야 한다. 만약 덜 마모되는 경질의 재료로 만들어진 오일 스크레이퍼 날개를 갖춘 오일 스크레이퍼 링을 제조한다면, 피스톤 로드의 마모가 불가피하게 증가될 것이고, 오일의 누출도 증가할 것이다.

이러한 오일 스크레이퍼 링은 미국 특허 제 4,210,338과 제 4,437,232, 및 독일 특허 제 24,43,299-A에 공지되어 있다. 상기 특허에 개시된 오일 스크레이퍼 링은 하나 이상의 세그먼트로 분할되고 적어도 두 개의 스크레이퍼 날개를 포함하는 단일 링으로 이루어진다. 상기 스크레이퍼 날개 사이에는 자유 공간이 존재하는데 이 자유 공간에 축적된 오일은 오일 릴리프 구멍을 통하여 샐 수 있다. 이런 오일 스크레이퍼 링은 적어도 하나의 원주 스프링에 의해 지지된다. 이 특허들에 의하면, 오일 스크레이퍼 날개가 크게 마모되었을 때, 오일 스크레이퍼 링 전체가 교체되어야 하므로, 비경제적이다.

또한, PCT/CH91/00052에는 자체 윤활 플라스틱으로 만들어진 복수의 오일 스크레이퍼 링을 구비한 스터핑 박스 실(stuffing box seal)이 제안된다. 이 오일 스크레이퍼 링은, 피스톤 로드의 마모를 상당히 줄일 수 있어서 오일 소비가 크게 감소되므로 매우 유리하다.

그러나, PCT/CH91/00052에 따른 오일 스크레이퍼 링은, 높은 내충격성과 내피로성 및 크리프 특성을 가지고 340℃ 이상의 고온 및 고압 하에서도 오일-물 혼합물에 적용될 수 있는, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)과 같은 고품질의 플라스틱으로 제작되어야 한다. 그러나, 이런 플라스틱은 1킬로그램당 약 300스위스프랑으로 매우 고가이다.

현재 MAN B&W A/S사의 오일 스크레이퍼 링이 시판되고 있는데, 이 오일 스크레이퍼 링은 다수의 세그먼트로 나누어지고 적어도 하나의 원주 스프링에 의해 지지된다. 여기에서, 원주를 따라 분포하는 여러 개의 오일 릴리프 구멍은 오일 스크레이퍼 링의 세그먼트 안에 포함되고 오일 스크레이퍼 링은 두 개의 평행한 그루 브을 포함하는데 이 그루브에 주철로 만들어지고 교환 가능한 스크레이퍼 날개가 정확하게 끼워진다. 오일 릴리프 구멍은 두 개의 교환 가능한 스크레이퍼 날개 사이에 형성되고 오일 스크레이퍼 링을 관통한다. 상기 오일 스크레이퍼 링은, 수리시에 오일 스크레이퍼 날개만 교체하면 된다는 장점을 가진다. 그러나, 이 오일 스크레이퍼 링은 피스톤 로드가 크게 마모된다는 단점을 가진다.

또, 날개만 플라스틱으로 제작되는 방법이 제안되었으나, 이것은 실용화되지 않았고, 오일 소비량을 증가시켰다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 수리시에 전체 오일 스크레이퍼 링을 교체할 필요가 없을 뿐만 아니라 오일 스크레이퍼 날개가 오일 스크레이퍼 링의 다른 부분에 비해 무르고 마모가 큰 재질로 만들어져서, 피스톤 로드의 마모를 방지하고 피스톤 로드의 마모로 인한 오일 손실을 막을 수 있는 오일 스크레이퍼 링을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 청구항 1항에 기술한 특징을 가지는 오일 스크레이퍼 링을 제공한다.

본 발명에 따르면, 스크레이퍼 날개는 비확동 끼워맞춤(non-positive fit)을 통하여 대응하는 그루브에서 각각 지지되지 않고, 인서트 링 세그먼트 내에 함께 지지되며 상기 인서트 링 세그먼트는 재사용할 수 있는 유지 링 세그먼트 내에 확동 끼워맞춤(positive fit)으로 지지된다. 이런 오일 스크레이퍼 링은, 플라스틱 으로 만들어진 오일 스크레이퍼 링의 장점을 그대로 유지하면서 전체가 플라스틱으로 만들어진 오일 스크레이퍼 링에 비해 비용을 절감할 수 있다.

본 발명의 장점들은 다음의 특허 청구의 범위에서 알 수 있고 본 발명의 중요한 사상은 첨부 도면을 참고로 아래에서 설명된다.

첨부 도면은, 시중에 나와있는 것과 가장 유사한 오일 스크레이퍼 링과 본 발명의 선호되는 실시예에 따른 오일 스크레이퍼 링을 도시한다.

도 1은 조립 상태에서 크랭크 하우징을 향하고 있는 오일 스크레이퍼 링의 세그먼트를 도시한 도면이고,

도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라서 본 오일 스크레이퍼 링의 세그먼트를 도시한 종단면도이며,

도 3은 도 1의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따라서 본 오일 스크레이퍼 링의 세그먼트를 도시한 종단면도이고,

도 4는 원주 스프링이 제거된 세그먼트의 외측을 보여주는 도 1의 오일 스크레이퍼 링의 세그먼트를 도시한 도면이며,

도 5는 본 발명에 따른 5개의 오일 스크레이퍼 링 세그먼트와 마모된 피스톤 로드의 개략적인 단면도이고,

도 6은 도 5에 대응하는 도면으로, 종래 기술에 따른 세 부분으로 이루어진 오일 스크레이퍼 링을 사용한 경우를 도시하며,

도 7은 마모된 피스톤 로드를 가지는 피스톤의 측면도이고,

도 8은 도 1에 대응하는 도면으로, 종래 기술에 따른 오일 스크레이퍼 링의 세그먼트를 보여주는 도면이며,

도 9는 도 8의 선 Ⅵ-Ⅵ을 따라서 본 오일 스크레이퍼 링 세그먼트의 종단면도이다.

종래 기술은, 시판되고 있는 MAN B&W A/S사의 오일 스크레이퍼 링을 참고하여 기술한다. 이 오일 스크레이퍼 링은 도 8과 9에 나타나 있다. 단일 오일 스크레이퍼 링 세그먼트(A)는 도 7의 상부에 도시되어 있다. 도 8의 오일 스크레이퍼 링은 중실형 금속 몸체를 포함하고, 확동, 비확동 및 정밀 끼워맞춤을 통하여 상기 몸체의 그루브에 두 개의 스크레이퍼 날개(B)가 각각 지지된다. 오일 스크레이퍼의 일측에 횡방향 리세스(F)가 구비된다. 닦아낸 오일은 횡방향 리세스(F)로 유입되고 이 리세스(F)의 하부에 베어링 그루브(D)로 개방된 오일 릴리프 구멍(C)이 형성된다. 이 베어링 그루브(D)는 단일 또는 다수의 피이스 및 원주 스프링(E)을 수용하는 역할을 한다.

플라스틱으로 만들어진 날개는 가요성이 있어서, 도 5에 도시한 것처럼, 오일 스크레이퍼 링(1)을 다섯 부분으로 나눌 수 있다. 이렇게 개선된 형상은, 도 7의 마모된 피스톤 로드(K)에 적용할 수 있다. 주지된 링 분할 구역(T)에서 누출 범위(L)가 크게 감소될 수 있다.

본 발명에 따른 오일 스크레이퍼 링은 전체 도면에서 부호 번호 1로 나타내었고, 위에서 본 도면이 도 1에 나타나 있다. 다수의 세그먼트로 분할되는 오일 스크레이퍼 링(1)은 반드시 서로 끼워지는 두 개의 링 세그먼트를 포함한다. 여기에서 외부 링 세그먼트는 인서트 링 세그먼트(4)가 대응하는 그루브(3)에 삽입되는 유지 링 세그먼트(2)를 형성한다. 전체 오일 스크레이퍼 링은 정해진 수의 유지 링 세그먼트(2)와 동수의 인서트 링 세그먼트(4)로 이루어진다. 조립된 상태에서, 오일 스크레이퍼 링 세그먼트는 하나 이상의 원주 스프링에 의해 지지된다. 이 스프링(5)은 폐고리 형태의 인장스프링의 하나 또는 여러개의 피이스로 이루어질 수 있다. 각각의 오일 스크레이퍼 링 세그먼트는 직사각형의 횡단면을 가지는 원호형 몸체(20)를 가지고 그 내면에는 원주, U형 그루브(21)이 형성된다. 이 원주 그루브(21)는 그루브 베이스(22)를 가지고 적어도 하나의 언더컷(24)에 의해 측벽(23)에 대해 넓어진다.

크랭크 하우징과 이격된 유지 링 세그먼트(2)의 몸체(20) 일면에 방사상으로 절삭부(25)가 형성되어 있는데 이 절삭부(25)는 일정한 간격으로 분포하고 닦아낸 오일을 멀리 흘러보내는 역할을 한다. 상기 절삭부(25)는 언더컷(24)의 깊이만큼 연장되어 있다. 피스톤 로드와 이격된 면에 평행하게 뻗어있는 두 개의 훌루트(flute)(26)가 형성되어 있다. 전술한 두 훌루트(26) 사이에 두 개의 측단부(28)와 동일한 높이를 이루는 웨브(web)가 구비된다. 일정한 간격으로 배치된 다수의 오일 릴리프 구멍(29)은 그루브 베이스(22)에서 외부까지 형성되도록 몸체(20)를 관통한다.

상기 유지 링 세그먼트(2)의 U형 그루브(21) 각각에 유극을 가지며 확동 끼워맞춤되는 인서트 링 세그먼트(4)가 고정된다. 이 인서트 링 세그먼트(4)는 대략 직사각형 횡단면을 가지는 호형 몸체(40)를 가지고, 중심을 향하고 있는 내면에 피스톤 로드를 마주보는 적어도 하나, 바람직하게는 두 개의 스크레이퍼 날개(41)를 포함한다. 상기 스크레이퍼 날개(41)는 호형 몸체(40)와 일체로 형성된다. 두 개의 스크레이퍼 날개(41) 사이에는 다소 깊은 오일 세정 공간(42)이 형성된다. 원주 베이스 표면(43)에 횡방향으로 돌출한 적어도 하나의 플랜지(44)가 일체로 구비되고 상기 플랜지(44)는 그루브(22)의 베이스에서 언더컷(24)으로 확동 끼워맞춤에 의해 결합된다. 따라서, 인서트 링 세그먼트(4)는 일측에서 유지 링 세그먼트(2)로 끼워질 수 있지만, 방사상 방향으로 움직일 수 없다. 전술한 대로, U형 그루브(21)의 측벽(23)과 인서트 링 세그먼트(4)의 측벽 사이에 설정된 유극이 존재한다. 비슷하게 이 유극은 그루브 베이스(22)와 인서트 링 세그먼트(4)의 베이스 표면(43) 사이에도 존재한다. 여기에서, 유지 링 세그먼트(2) 내의 인서트 링 세그먼트(4)는 부품들의 설정된 상대 이동을 허용하고, 또한 이 틈에서 최저 오일 세정을 보장한다.

또한, 인서트 링 세그먼트(4) 내에 다수의 릴리프 구멍(49)이 구비되고, 이 구멍을 통하여 두 개의 스크레이퍼 날개(41) 사이에 존재하는 닦아낸 오일이 U형 그루브(21)으로 유입되고 여기에서 오일 릴리프 구멍을 통하여 이격 장소로 안내될 수 있다. 상기 릴리프 구멍(49, 29)은 서로 연통한다. 바람직하게는, 유지 링 세그먼트(2)의 릴리프 구멍과 동일한 간격으로 인서트 링 세그먼트(4)에 릴리프 구멍(49)을 배치할 수 있다.

첨부 도면에 나타낸 예는 본 발명의 한 가지 선호되는 실시예에 불과하다. 따라서, 유지 링 세그먼트와 인서트 링 세그먼트의 횡단면을 다양하게 변경할 수 있다. 특히, U형 그루브(21) 대신에 그루브 베이스의 일면을 향하여 넓어지는 횡단면을 가지는 그루브를 제공할 수도 있다. 또, 인서트 링 세그먼트(4)의 횡단면은 겹쳐지도록 구성될 수 있다. 이것은 일반적인 삽구이음 구조를 형성한다. 이런 홈이음 구조를 일면에 채택하고 다른 면은 직사각형 형태를 가지도록 구성할 수도 있다. 이와 같이 인서트 링 세그먼트들은 유지 링 세그먼트 내의 정해진 위치에서만 조립될 수 있다. 이것은 날개가 비스듬하게 배치될 때 꼭 필요하다.

물론 유지 링 세그먼트들(2)은 두 개의 평행한 훌루트(26) 대신에 단 하나의 훌루트(26)만 구비할 수도 있고, 다수의 훌루트(26)을 구비할 수도 있다. 이때, 오일 스크레이퍼 세그먼트들은 동수의 원주 인장 스프링(5)으로 지지될 것이다. 필수 부분이 아닌 절삭부(25)도 다양한 형상을 가질 수 있다. 도면에서, 스크레이퍼 날개(41)는 피스톤 로드의 길이 방향의 축에 대해 비스듬하게 구성된다. 이것은 오일 제거 효과를 증대시키고, 접촉 면을 증가시켜서 고유 베어링 압력을 낮추므로 피스톤 로드의 마모도 감소한다.

여기에서 유지 링 세그먼트와 인서트 링 세그먼트 사이의 유극은 일반적으로 1/10mm에서 수 1/10mm에 달한다(one and a few tenths of millimetres). 이 크기는 통상적인 치수에 비해 크다. 본원에서 설명되는 기술은 선박용 디젤 장치를 위해 구성된 것으로 본 발명의 피스톤 로드의 직경은 일반적으로 수백밀리미터이다.

절삭부(25)와 오일 릴리프 구멍(29)을 통하여 닦아낸 오일은 오일 막에서 지탱하는 두 원주 스프링(5)의 영역으로 항상 유입된다.

본 발명에 따른 오일 스크레이퍼 링의 구조는 재료의 최적 결합을 실현할 수 있다. 따라서 전술한 문제점을 야기하지 않으면서 저가의 기계용강으로 동력-전달 유지 링 세그먼트(2)를 제조할 수 있고, 비교적 연성의 플라스틱으로 인서트 링 세그먼트(4)를 제조할 수 있다.

피스톤 로드와 직각을 이루도록 스크레이퍼 날개를 구성한다면, 이 날개는 강철로 이루어진 날개보다 더 넓어야 하고 전술한 변형예에 따른 경사진 날개보다 넓어야 한다.

본 발명에 따라 플라스틱과 금속 재료를 조합해 사용할 때 대응하는 열 팽창 계수가 상당히 다르다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 냉간 상태에서 인서트 링 부품은 유극을 가지며 유지 링 세그먼트 내에 배치되는 반면에, 열간 상태에서 이 유극은 거의 존재하지 않는다는 사실을 도출할 수 있다. 이런 점들을 고려해 필요한 유극을 더 효과적으로 상쇄하기 위해서 오늘날 지배적으로 사용되는 세 부분으로 이루어진 오일 스크레이퍼 링으로부터 다섯 개의 세그먼트로 이루어진 오일 스크레이퍼 링으로 발전되어 가고 있다. 여기에서, 본 발명에 대한 장기간 실험 결과에 의하면 피스톤 로드가 부분적으로 마모되었을 때에도 피스톤 로드에 대한 밀폐 효과가 세 부분으로 이루어진 오일 스크레이퍼 링에 비해 우수하다는 것을 알 수 있다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

배경기술

A 오일 스크레이퍼 링

B 스크레이퍼 날개

C 오일 릴리프 구멍

D 베어링 그루브

E 스프링

F 횡방향 리세스

본 발명

1 오일 스크레이퍼 링 세그먼트

3 그루브

4 인서트 링 세그먼트

5 스프링

20 몸체

21 U형 그루브

22 그루브 베이스

23 측벽

24 언더컷

25 절삭부

26 훌루트

27 웨브

28 측단부

29 오일 릴리프 구멍

40 호형 몸체

41 스크레이퍼 날개

42 세정 공간

43 베이스 표면

44 횡방향 플랜지

45 그라운드 모

49 릴리프 구멍

Claims (11)

1. 다수의 세그먼트로 분할되고 적어도 하나의 원주 스프링에 의해 지지되며, 다수의 오일 릴리프 구멍이 원주를 따라 분포하고 적어도 하나의 평행 오일 스크레이퍼 날개가 피스톤 로드측을 향하고 있는, 선박 디젤 모터의 피스톤 로드용 오일 스크레이퍼 링에 있어서, 오일 스크레이퍼 링의 각 세그먼트는 그루브을 가지는 금속으로 이루어진 유지 링 세그먼트 및 적어도 하나의 스크레이퍼 날개를 가지는 플라스틱으로 이루어진 인서트 링 세그먼트로 구성되고, 상기 인서트 링 세그먼트는 유극을 가지며 확동 끼워 맞추어진 그루브 내에서 원주 방향으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 오일 스크레이퍼 링.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 오일 스크레이퍼 링은 5개의 세그먼트로 분할되는 것을 특징으로 하는 오일 스크레이퍼 링.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 유지 링 세그먼트의 그루브 베이스 내에, 인서트 링 세그먼트 내의 오일 릴리프 구멍과 연통하는 오일 릴리프 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 오일 스크레이퍼 링.
4. 제 1 항에 있어서, 조립상태에서 유지 링 세그먼트과 인서트 링 세그먼트의 오일 릴리프 구멍은 서로 연통하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 오일 스크레이 퍼 링.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 유지 링 세그먼트와 인서트 링 세그먼트의 횡단면은 삽구이음 방식으로 서로 결합될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 오일 스크레이퍼 링.
6. 제 5 항에 있어서, 유지 링 세그먼트 내부의 그루브는 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 오일 스크레이퍼 링.
7. 제 5 항에 있어서, 적어도 한쪽 측부에서 그루브 베이스 구역 내에 축방향 절삭부가 형성되고 상기 인서트 링 세그먼트는 그 내부로 결합된 플랜지를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 스크레이퍼 링.
8. 제 1 항에 있어서, 두 개 이상의 평행하게 뻗어있는 스크레이퍼 날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 스크레이퍼 링.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 스크레이퍼 날개는 밀폐되도록 피스톤 로드의 길이 방향에 대해 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 오일 스크레이퍼 링.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 인서트 링 세그먼트는 유지 링 세그먼트 내부에서 조립 위치를 한정하기 위해, 일측에 배치된 인서트 고정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 오일 스크레이퍼 링.
11. 제 7항 또는 제 10항에 있어서, 플랜지는 상기 인서트 고정 수단으로서 기능을 하는 것을 특징으로 하는 오일 스크레이퍼 링.

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