KR102003887B1 - 밀봉 장치, 밀봉 장치를 갖는 쇼크 댐퍼 및 밀봉 장치를 갖는 유압 액츄에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동 축(16)을 따라 서로에 대하여 병진 이동 가능한 방식으로 이격되어 배치되고, 밀봉 갭(18)을 형성하는, 제 1 기계 요소(12) 및 제 2 기계 요소(14); 밀봉 립(26)을 갖고, 적어도 일부가 제 1 기계 요소(12)의 지지 홈(20) 내에 배치되며, 상기 밀봉 장치의 고압부(H)로부터 저압부(N)를 밀봉하도록 하는 밀봉 요소(24); 상기 지지 홈(20) 내에 배치되어 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28)에 대항하여 그 밀봉 립(26)을 갖는 상기 밀봉 요소(24)를 예압하도록 하는 고무-탄성적으로 변형가능한 프리로딩 요소(22); 및 적어도 그 부재의 일부가 축 방향으로 상기 지지 홈(20)의 저압부 쪽에 마련된 그루브 플랭크(30)와 밀봉 요소(24) 사이에 배치되는, 상기 밀봉 요소(24)의 축 방향 지지를 위해 적어도 하나의 탄성적으로 변형 가능한 댐핑 부재;로 구성되는 밀봉 장치(10)에 관한 것이다. 자유 공간(42)은 상기 댐핑 부재(36)와 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28) 사이에 형성되고, 상기 자유 공간은 상기 제 2 기계 요소의 밀봉 표면(28) 및 상기 밀봉 표면(28)을 마주하는 상기 댐핑 부재(36)의 내벽(40)에 의해 방사상 방향으로 경계가 정해지고, 상기 댐핑 부재는 상기 고압부(H)가 가압될 때 상기 밀봉 요소(24)에 의해 축 방향으로 압축되고 상기 자유 공간 내로 자유롭게 변형될 수 있으며, 상기 댐핑 부재(36)는 상기 밀봉 장치(10)의 고압부(H)가 가압된 상태에서 축 방향으로 상기 밀봉 갭(18)을 부분적으로 커버하는 것을 특징으로 한다. 상기 댐핑 부재(36)는 상기 밀봉 요소(24) 소재의 탄성 계수 보다 낮은 탄성 계수를 갖는 소재로 구성된다.

Description

밀봉 장치, 밀봉 장치를 갖는 쇼크 댐퍼 및 밀봉 장치를 갖는 유압 액츄에이터 {A Seal Arrangement, a Shock Damper having the Seal Arrangement and a Hydraulic Actuator having the Seal Arrangement}
본 발명은 제 1 기계 요소 및 제 2 기계 요소로 구성되는 밀봉 장치에 관한 것이고, 이들은 베어링 또는 밀봉 갭을 형성하고 이동 축을 따라 서로에 대하여 병진 이동 가능한 방식으로 이격되어 배치된다. 상기 밀봉 장치는 밀봉 립을 갖는 밀봉 요소를 가지며, 밀봉 요소의 적어도 일부는 상기 두 기계 요소 중 하나의 지지 홈(holding groove) 내에 배치되고 그에 의해 밀봉 장치의 고압부(high-pressure region)가 밀봉 장치의 저압부(low-pressure region)로부터 밀봉된다. 상기 두 기계 요소 중 다른 하나의 밀봉 표면에 대항하여 그 밀봉 립을 갖는 밀봉 요소를 예압(preload)하기 위한 고무-탄성 프리로딩(preloading) 요소가 상기 지지 홈에 배치된다.
이러한 유형의 밀봉 장치들은 실제로 넓은 범위로 응용되고 예를 들어 쇼크 댐퍼(shock dampers) 및 유압 액츄에이터(hydraulic actuators)에 오랜 기간 설치되고 있다.
이러한 밀봉 장치들의 유효 수명은 사용된 밀봉 요소의 수명의 길이에 결정적으로 의존한다.
밀봉 장치의 작동 시, 밀봉 요소는 종종 높은 기계부하의 대상이다. 따라서, 밀봉 장치의 고압부 가압 또는 두 기계 요소의 상대적인 병진 운동은 지지 홈의 저압부 쪽에 마련된 그루브 플랭크(groove flank)와의 접촉 부위에서 과도하게 압박될 수 있고 가능한 가소적으로(plastically) 변형될 수 있는 밀봉 요소 상에 그러한 높은 기계부하를 야기할 수 있다. 극단적인 경우, 밀봉 요소가 하중을 받아 두 기계 요소 사이의 밀봉 갭 내로 돌출될 수 있다. 결국, 이는 밀봉 요소의 밀봉 성능에 불리하고, 밀봉 요소의 기능의 완전한 손실을 가져올 수 있다. 실제로, 밀봉 요소는, 예를 들어, 더 높은 열응력(thermal stress)을 견딜 수 있는 플루오로고무(fluororubber: FKM) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene: PTFE)으로 구성될 수 있고, 따라서, 작동 시 발생하는 부하를 적절하게 견딜 수 있는 충분히 큰 면적을 가져야 한다. 그러나, 밀봉 요소의 큰 면적화는 결과적으로 밀봉 요소의 약한 저온 수축성(cold shrinkage behavior)을 야기할 수 있다. 그 결과는 저온에서 밀봉 요소의 약한 마찰계수(friction coefficient) 및 약한 밀봉 성능이 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 밀봉 요소가 작동 시 과도한 부하로부터 더 보호되는 방법으로 처음 언급된 밀봉 장치 및 쇼크 댐퍼 또는 유압 액츄에이터를 개발하여, 밀봉 요소의 유효 수명이 변함없도록 유지하면서 밀봉 요소가 더 작은 면적을 갖도록 하고, 또한 될 수 있는 한 밀봉 요소가 기계적 부하에 대한 저항이 약하고 예를 들어, PTFE 보다 강한 마찰계수를 갖는 소재로 제작될 수 있도록 하는 것이다.
상기 밀봉 장치에 따른 목적은 특허 청구범위 제1항에 기재된 기술 특징을 갖는 밀봉 장치에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 쇼크 댐퍼 또는 유압 액츄에이터는 특허 청구범위 제11항에 기재된 기술특징을 갖는다.
본 발명의 전개는 명세서, 종속 청구항 및 도면에 도시된 예시적 실시예들의 내용을 형성한다.
본 발명에 따르면, 상기 밀봉 장치는 상기 밀봉 요소의 축 방향 지지를 위해 탄성적으로 변형가능한 댐핑 부재를 갖고, 그 부재의 적어도 일부는 이동 축, 즉 축 방향으로 지지 홈의 저압부 쪽 그루브 플랭크와 상기 밀봉 요소 사이에 배치된다. 여기서, 상기 댐핑 부재는 상기 밀봉 요소 소재의 탄성 계수 보다 낮은 탄성 계수를 갖는 소재로 구성된다.
상기 밀봉 장치의 저압부 쪽 방향에서 두 기계 요소의 상대적 이동과 관련된, 상기 밀봉 장치의 가압된 작동 상태에서 또는 축 방향 이동(수반 운동)의 경우, 상기 밀봉 요소는 상기 댐핑 부재 상에 지지될 수 있다. 상기 댐핑 부재에 반하여 상기 밀봉 요소를 가압하는 축 방향으로 작용하는 힘 하에서, 상기 댐핑 부재는 상기 밀봉 요소의 소재와 비교할 때 그것의 낮은 탄성 계수 때문에 탄성적으로 변형된다. 이에 따라, 고압 응용이나 초고압 응용의 경우 또는 두 기계 요소의 상대적인 병진 운동이 높은 수준으로 가속화되는 경우에도, 상기 밀봉 요소의 과부하 및 수반되는 손상을 확실하게 상쇄시키는 것이 가능하다. 더욱이, 상기 밀봉 요소는 전체적으로 더 작은 면적이 주어질 수 있고, 즉 그러한 댐핑 부재 없이 가능한 것 보다 작은 전체 부피로 실시될 수 있다. 이는 상기 밀봉 요소의 저온 수축성에 대해서 유리하다. 게다가, 상기 밀봉 요소는 상기 밀봉 요소의 작동 수명에 부정적 효과를 갖는 이것 없이 기계적 부하에 저항력이 덜 한 소재로 구성될 수 있다. 따라서, 상기 밀봉 요소는, 한편으로는 특히 낮은 마찰계수에 의해 구별되지만, 정적/동적 작동 부하에 대한 그의 낮은 저항력 때문에 지금까지 처음에 언급된 밀봉 장치에서 이용하기에 부적합한 것으로 간주되어 온 소재로 제작(구성)될 수 있다. 여기서, 감소된 마찰계수는 내마모성 및 상기 밀봉 장치의 더 넓은 기술적 응용 범위를 허용한다. 상기 댐핑 부재는 또 상기 제 2 기계 요소의 밀봉 표면에 놓여지는 상기 밀봉 요소의 스틱-슬립(stick-slip) 효과(스틱-슬립 작용)에 의해 야기되는 밀봉 장치 내의 있음직한 원치 않은 진동을 그것이 상쇄시키는 것을 가능하게 한다.
자유 공간은 상기 댐핑 부재와 상기 제 2 기계 요소의 밀봉 표면 사이에 형성되고, 그 공간에서 상기 댐핑 부재는 상기 밀봉 요소가 접촉 압력(contact pressure force)을 받을 때 상기 제 2 기계 요소의 방향으로 탄성적으로 변형될 수 있으며, 이는 상기 저압부 쪽의 축 방향으로 향해진다. 상기 자유 공간은 따라서 상기 댐핑 부재가 상기 이동 축에 횡 방향으로 자유롭게 확장할 수 있게 한다. 상기 자유 공간은 상기 제 2 기계 요소의 밀봉 표면 및 상기 밀봉 표면을 마주하는 상기 댐핑 부재의 내벽에 의해 방사상 방향으로 경계가 정해진다. 다시 말하면, 상기 자유 공간은 상기 댐핑 부재의 내벽으로부터 상기 제 2 기계 요소의 밀봉 표면까지 연속적으로 확장된다. "자유 공간(free space)"이라는 용어는 고체, 즉 밀봉 장치의 어떠한 요소도 배치되지 않는 밀봉 장치의 공간적 부피를 의미하는 것으로 여겨진다. 결과적으로, 이에 따라 상기 댐핑 부재의 댐핑 효과가 요구되는 변형이 가능해진다. 게다가, 이에 따라 상기 댐핑 부재에 대항하는 상기 밀봉 요소의 접촉 압력에 비례하여, 즉 상기 밀봉 장치의 고압부에 우세한 대기압에 비례하여, 상기 밀봉 요소에 대한 상기 댐핑 부재의 지지 표면을 효과적으로 확대하는 것이 가능하다.
본 발명에 따라, 과부하 또는 손상으로부터 상기 밀봉 요소를 보호하는 더 좋은 점은 상기 댐핑 부재가, 적어도 상기 밀봉 장치가 가압된 상태(또는 고압부)에서 축 방향으로 상기 밀봉 갭을 부분적으로 커버한다는 사실에 의해 달성된다. 이 경우, 상기 댐핑 부재는 장벽 요소의 추가적 기능을 가지며, 그에 의해 상기 밀봉 갭의 안치수(clear width)가 동적으로 이동, 즉 상기 댐핑 부재에 작용하는 접촉 압력에 따라 부분적으로 이동될 수 있다. 이에 따라, 두 기계 요소 간에 형성된 밀봉 갭 내로의 상기 밀봉 요소의 소성 변형(plastic deformation)의 위험을 확실하게 상쇄, 즉 특히 고압 또는 초고압 응용에서 상기 밀봉 갭 내로의 상기 밀봉 요소의 압출을 상쇄시키는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 특히 상기 댐핑 부재가 상기 밀봉 장치의 고압부 쪽의 소정의 최대 가압, 즉 상기 댐핑 부재에 대항하는 상기 밀봉 요소의 최대 접촉 압력의 경우, 상기 댐핑 부재가 상기 제 2 기계 요소의 밀봉 표면을 터치하지 않는 방식으로 설계되는 것이 가능하다. 그렇지 않으면, 상기 댐핑 부재는 상기 두 기계 요소의 상대적인 이동에 영향을 미칠 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 댐핑 부재는 다각형, 원형, 계란형 또는 타원형의 단면 형상을 가지거나 기타 다른 단면 형상을 가질 수 있다.
그의 무부하(no-load) 상태에서, 상기 댐핑 부재는 상기 지지 홈의 내부에 완전하게 배치될 수 있다. 다시 말하면, 상기 댐핑 부재는 그의 무부하 상태에서, 상기 저압부 쪽 그루브 플랭크 너머에서 상기 이동 축에 횡방향인 상기 제 2 기계 요소의 방향으로 돌출되지 않는다.
가장 간단한 설계의 경우, 상기 댐핑 부재는 바람직하게는 상기 제 2 기계 요소로부터 떨어진 그의 끝단에 의해 무부하 상태에서 상기 이동 축에 직각인 방향으로 상기 제 1 기계 요소에 대항하여 놓여진다. 이 경우, 제 1 기계 요소는 상기 댐핑 부재를 위한 지지대로서의 역할을 하고, 그 결과로 상기 댐핑 부재는 상기 밀봉 요소에 의해 상기 저압부 쪽 그루브 플랭크와 접촉하여 그의 축 방향 압축에 따라, 상기 제 2 기계 요소의 방향으로 실질적으로 변형된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 상기 댐핑 부재는 숄더(shoulder) 또는 상기 제 1 기계 요소의 지지 홈의 그루브 바닥(groove bottom) 상에 놓여지거나 지지될 수 있다.
상기 댐핑 부재가 상기 제 1 기계 요소 상에 직접적으로(즉각적으로) 또는 프리로딩 요소를 통해 지지될 수 있는 것은 자명하다.
상기 댐핑 부재가 상기 지지 홈 내에 느슨하게 배치되거나 위치되는 경우 생산 공학 측면에 관해서 입증된 유리함을 갖는다.
본 발명에 따르면, 특히 상기 댐핑 부재가 상기 프리로딩 요소에 일체로 형성되는 것이 가능하다. 이는 비용적 측면 및 상기 밀봉 장치의 간소화된 설치 측면에서 유리하다.
본 발명의 전개에 따르면, 상기 댐핑 부재는 상기 밀봉 요소 상에 또는 상기 지지 홈의 저압부 쪽 그루브 플랭크 상에 부분적으로 고정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 밀봉 요소는 상기 지지 홈 내에 축 방향 유격(axial play)으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 요건에 따라 상기 밀봉 장치 또는 밀봉 요소의 반응 행동(response behavior)을 조절하는 것이 가능하다.
상기 밀봉 장치의 저압부 쪽과 고압부 쪽 사이에 요구될 수 있는 압력 보상("압력 전도 상황(pressure inversion situation)")에 대해, 상기 밀봉 요소는 압력 보상 통로를 가질 수 있고, 그를 통해 상기 저압부 쪽은 상기 고압부 쪽에 유체적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 전개에 따라, 상기 밀봉 요소는 지지부를 갖고, 이는 고압부 쪽을 향해 상기 밀봉 엣지로부터 이격되어 축 방향으로 배치되며 이를 통해 상기 밀봉 요소가 상기 밀봉 표면 상에 지지될 수 있다.
상기 댐핑 부재는, 특히 일정 부피로 탄성적으로 변형될 수 있는 소재로 구성될 수 있다. 이에 따라 간단한 방법으로 이동 축에 횡 방향으로, 상기 댐핑 부재의 압력 부하에 비례하는 상기 댐핑 부재의 변형을 간단한 방법으로 설정하는 것이 가능해진다. 이 경우, 상기 댐핑 부재는 특히 탄성중합체(elastomer)로 구성될 수 있다. 요건에 따라 그 기계 또는 열 하중 지지력(load bearing capacity)을 정하기 위해, 상기 탄성중합체가 첨가제, 예를 들어 섬유 및/또는 금속 입자를 함유할 수 있는 것은 자명하다.
본 발명의 대안적인 실시예에 따라, 상기 댐핑 부재의 소재는 압축성 공기 또는 기체 내포물, 특히 이산화탄소, 니트로겐 또는 기타 불활성 기체 내포물을 함유할 수 있다. 이 경우, 상기 댐핑 부재의 소재는 일정 부피로 탄성적으로 변형될 수 없다.
상기 밀봉 요소는 특히 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 다른 불소계 고분자(fluoropolymer), 특히 플루오르화 공중합체(fluorinated copolymer)로부터 형성될 수 있고, 이는 바람직하게 PTFE 단량체로 구성된다. 상기 소재는 또한 첨가제를 함유할 수 있는 것은 자명하다.
본 발명에 따르면, 두 기계 요소 중 하나는 하우징 또는 실린더로 설계될 수 있고 각각의 경우에서 두 기계 요소 중 다른 하나는 상기 하우징/실린더 내에서 가이드 되는 피스톤 로드(piston rod)로 설계될 수 있다. 이 경우, 상기 밀봉 요소는 방사상의 밀봉 요소로 설계된다. 이 경우, 상기 프리로딩 요소 및 상기 댐핑 부재는 바람직하게 연속적인 링 형상을 갖는다.
본 발명에 따른 밀봉 장치는 다수의 기술적 구성 부품에 사용될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따르면, 특히 건설 중기의 진동 또는 쇼크 댐퍼, 유압 액츄에이터 또는 유압 드라이브는 위에서 설명한 바와 같은 밀봉 장치를 가질 수 있다.
요약하면, 본 발명은
- 이동 축을 따라 서로에 대하여 병진 이동 가능한 방식으로, 이격되어 배치되고, 실링 갭을 형성하는, 제 1 기계 요소 및 제 2 기계 요소;
- 밀봉 립을 갖고, 적어도 일부가 제 1 기계 요소의 지지 홈 내에 배치되며, 상기 밀봉 장치의 고압부(H)로부터 저압부(N)를 밀봉하도록 하는 밀봉 요소;
- 고무 탄성적으로 변형될 수 있고, 상기 지지 홈 내에 배치되어 상기 제 2 기계 요소의 밀봉 표면에 대항하여 그 밀봉 립을 갖는 밀봉 요소를 예압하도록 하는 프리로딩 요소; 및
- 상기 밀봉 요소의 축 방향 지지를 위해 적어도 하나의 탄성적으로 변형 가능한 댐핑 부재;로 구성되는 밀봉 장치에 관한 것이고,
상기 댐핑 부재의 적어도 일부는 축 방향으로 상기 지지 홈의 저압부 쪽에 마련된 그루브 플랭크와 상기 밀봉 요소 사이에 배치되고,
상기 댐핑 부재는 상기 밀봉 요소 소재의 탄성 계수 보다 낮은 탄성 계수를 갖는 소재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 도면에 도시되는 예시적 실시예들로 이하에서 설명된다. 도면에서, 개별적 구성요소들은 구성요소들의 기능적 상호작용이 명시되는 방법으로 묘사된다.
도 1은 두 기계 요소를 갖는, 무부하 상태에서 본 발명에 따른 밀봉 장치의 제 1 예시적 실시예를 도시하고, 두 기계 요소는 밀봉 갭을 형성하고 서로에 대하여 병진 이동 가능한 방식으로 이격되어 배치되며, 상기 밀봉 장치의 고압부 H 및 저압부 N은 지지 홈 내에 배치된 밀봉 요소에 의해 서로 밀봉되고, 상기 밀봉 요소는 댐핑 부재가 할당되며, 그에 의해 상기 밀봉 요소는 상기 지지 홈의 저압부 쪽 그루브 플랭크 상에 지지될 수 있다.
도 2는 부분 단면도에서, 가압된 작동 상태에 있어서 도 1로부터의 밀봉 장치를 도시한다.
도 3은 부분 단면도에서, 상기 밀봉 장치의 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 4는 부분 단면도에서, 상기 밀봉 장치의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 5는 부분 단면도에서, 상기 밀봉 장치의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 6은 부분 단면도에서, 상기 댐핑 부재가 아치형 내면을 갖는 밀봉 장치의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다.
도 7은 부분 단면도에서, 상기 댐핑 부재가 양면이 볼록한 디자인으로 된 밀봉 장치를 도시한다.
도 8은 부분 단면도에서, 상기 댐핑 부재가 원형 또는 실질적으로 원형의 단면 형상을 갖는 밀봉 장치를 도시한다.
도 9는 부분 단면도에서, 상기 프리로딩 요소는 상기 밀봉 요소와 축 방향으로 겹쳐지는 밀봉 장치를 도시한다.
도 10은 부분 단면도에서, 상기 밀봉 요소에 압력 보상 통로 및 지지부가 제공되는 밀봉 장치를 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 밀봉 장치를 갖는 유압 액츄에이터를 도시한다.
도 1은 부분 단면도에서 밀봉 장치(10)를 도시한다. 상기 밀봉 장치(10)는 제 1 기계 요소(12) 및 제 2 기계 요소(14)로 구성된다. 상기 두 기계 요소(12, 14)는 이동 축(16)을 따라 서로 병진 이동 가능한 방식으로 배치된다. 예로써, 상기 제 1 기계 요소(12)는 하우징으로서 설계되고 제 2 기계 요소(14)는 상기 하우징 내에서 가이드되는 피스톤 로드로서 설계된다. 상기 두 기계 요소(12, 14)는 서로 이격되어 배치되고, 그 결과 상기 두 기계 요소(12, 14) 사이에 자체로 알려진 방법으로 베어링 또는 밀봉 갭(18)이 형성된다.
상기 제 1 기계 요소(12)는 지지 홈(20)을 갖는다. 고무-탄성 프리로딩 요소(22) 및 밀봉 요소(24)는 상기 지지 홈(20) 내에 배치된다. 상기 프리로딩 요소(22) 및 상기 밀봉 요소(24)는 각각 고리 모양이다. 본 발명의 경우, 상기 밀봉 요소(24)는 사각형의 단면을 갖지만, 그것으로부터 벗어나는 다른 단면 역시 가질 수 있다.
상기 프리로딩 요소(22)는 제 2 기계 요소(14)의 방향으로 및 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면에 대항하여 밀봉 립(26)을 갖는 상기 밀봉 요소(24)를 예압시킨다. 따라서, 상기 밀봉 요소(24)는 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28)에 대항하여 예압을 받아 밀봉 되게 놓인다. 상기 밀봉 요소(24)에 의해, 상기 밀봉 장치(10)의 고압부(H로 표시됨) 및 상기 밀봉 장치(10)의 저압부(N으로 표시됨)가 서로 밀봉된다.
가장 단순한 디자인의 경우에 있어서, 상기 지지 홈(20)은 도 1에 도시된 바와 같이, 사각형의 단면을 가질 수 있다. 상기 지지 홈(20)은 상기 저압부 쪽에 마련된 그루브 플랭크(30) 및 상기 고압부 쪽에 마련된 그루브 플랭크(32)로 구성되고, 이들은 그루브 바닥(34)으로 서로 연결된다. 상기 프리로딩 요소(22)는 상기 그루브 바닥(34) 상에 놓여지고 상기 이동 축(16)에 대하여 방사상의 방향으로 후자에 지지된다.
도 1에서 보여지는 바와 같이, 상기 밀봉 요소(24)는 상기 지지 홈(20) 내에 축 방향 유격으로 배치된다. 따라서, 상기 밀봉 요소(24)는 또한 축 방향으로 상기 지지 홈(20) 내에 확실하게 지지되도록 배치될 수 있다.
상기 밀봉 장치(10)는 탄성적으로 변형가능한 댐핑 부재(36)를 갖는다. 상기 댐핑 부재(36)는 이동 축(16) 방향으로 상기 지지 홈(20)의 저압부 쪽에 마련된 그루브 플랭크(30)와 밀봉 요소(24) 사이에 배치된다.
상기 댐핑 부재(36)는 상기 저압부 쪽의 밀봉 요소(24)의 지지를 허용하고 상기 지지 홈(20)의 저압부 쪽에 마련된 그루브 플랭크(30)의 방향으로 상기 밀봉 요소(24)의 축 방향 움직임의 댐핑 또한 허용한다.
상기 댐핑 부재(36)는 제 2 기계 요소(14)로부터 멀리 떨어진 그 끝단(38)과 함께 상기 고무-탄성 프리로딩 요소(22) 상에 놓이고, 상기 제 1 기계 요소(12)의 지지 홈(20)의 그루브 바닥(34) 상의 프리로딩 요소(22)에 의해 (탄력 있게) 지지된다.
상기 댐핑 부재(36)는 상기 지지 홈(20) 내에 느슨하게 위치될 수 있고, 예를 들어, 본 발명의 경우 상기 제 1 기계 요소(12), 상기 고무-탄성 프리로딩 요소(22) 및 상기 밀봉 요소(24)로부터 분리되는 구성 요소로서 실시된다.
상기 댐핑 부재(36)는 상기 밀봉 요소(24) 소재의 탄성 계수 보다 낮은 탄성 계수를 갖는 탄성적으로 변형가능한 소재로 구성된다. 이는, 상기 댐핑 부재(36)에 대항하여 상기 고압부 H 및 상기 밀봉 요소(24)의 관련 프레싱(pressing)이 가압된 상태에서, 상기 댐핑 부재(36)가 그에 대해 축 방향으로 지지되는 상기 밀봉 요소(24) 보다 쉽게 변형되게 한다.
상기 댐핑 부재(36)의 소재는 어느 (관련된) 기체 또는 공기 내포물을 가지지 않으며, 따라서 일정 부피로 탄성적으로 변형될 수 있다.
상기 밀봉 요소(24)의 소재는 유연한 불소계 고분자, 특히 예를 들어, 플루오르화 공중합체 소재가 될 수 있다. 상기 밀봉 요소의 소재는 이른바 첨가제를 함유할 수 있는 것은 자명하다.
상기 밀봉 장치(10)의 무부하 작동 상태에서, 상기 댐핑 부재(36)는 상기 지지 홈(20) 내부에 완전하게 배치된다. 상기 댐핑 부재(36)는 따라서 상기 지지 홈(20)의 저압부 쪽에 마련된 상기 그루브 플랭크(30) 너머에서 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28)을 마주하는 그의 내벽(40)과 함께 상기 밀봉 표면(28)의 방향으로 돌출되지 않는다. 다시 말하면, 상기 댐핑 부재(36)의 내부 단면(도시되지 않음)은, 상기 밀봉 장치(10)의 무부하 작동 상태에서 상기 제 1 기계 요소(12)의 통로 단면(도시되지 않음) 보다 크다.
자유 공간(42)은 상기 댐핑 부재(36)와 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28) 사이에 형성된다. 자유 공간(42)이라는 용어는 고체, 즉 밀봉 장치(10)의 어떠한 요소도 배치되지 않은 공간적 부피를 의미하는 것으로 여겨진다. 상기 자유 공간(42)은 상기 댐핑 부재(36)의 내벽(40)에서 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28)까지 연속적으로 확장되고, 이 두 요소에 의해 방사상 방향으로 경계가 정해진다.
상기 밀봉 장치(10) 또는 상기 고압부 H가 가압된 상태에서, 상기 밀봉 요소(24)는 상기 댐핑 부재(36)에 대항하는 접촉 압력 F의 방향으로 및 접촉 압력 F를 갖는 방향으로 이동되거나 가압된다. 상기 댐핑 부재(36)는 상기 저압부 쪽에 마련된 그루브 플랭크(30)에 대항하여 놓여지고 상기 접촉 압력 F에 의해 축 방향으로 가압된다. 그 결과, 상기 댐핑 부재(36)는 상기 제 2 기계 요소(14)의 방향으로 상기 이동 축(16)에 횡 방향으로 변형되고, 결과적으로 상기 밀봉 장치의 자유 공간(42) 내로 방사상 방향으로 변형된다.
상기 고압부 H가 최대 작동 압력으로 가압될 때, 상기 밀봉 갭(18)은 도 2에 도시되는 바와 같이, 상기 댐핑 부재(36)에 의해 축 방향으로 부분적으로 커버된다.
상기 자유 공간(42) 내로의 상기 댐핑 부재(36)의 변형은 압력에 비례하여 상기 밀봉 요소(24)에 대해 상기 댐핑 부재(36)의 효율적인 지지 표면(44)를 확대할 수 있다. 이 경우, 손상 또는 상기 밀봉 갭(18) 내로의 상기 밀봉 요소(24)의 압출은 상기 밀봉 갭(18)의 부분적 축 방향 커버링에 의해 확실하게 상쇄될 수 있다.
도 2는 상기 고압부 H의 가압된 상태 및 상기 고압부의 최대 작동 가압 상태에 있어서, 도 1로부터의 밀봉 장치(10)를 도시한다. 상기 밀봉 요소(24)는 상기 댐핑 부재(36)에 대항하여 그 저압부 쪽 벽(46)으로 놓여지고 상기 댐핑 부재(36) 상에 지지된다. 도 1에 도시된 상기 밀봉 장치 (및 상기 댐핑 부재(36))의 무부하 상태와 비교할 때, 상기 댐핑 부재(36)는 상기 밀봉 요소(24)에 의해 축 방향으로 압축되고 이동 축(16), 즉 방사상 방향에 횡 방향으로 상기 자유 공간(42) 내로 변형된다.
도 2로부터 보여지는 바와 같이, 상기 댐핑 부재(36)는 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28) 방향으로 상기 지지 홈으로부터 돌출된다. 상기 밀봉 갭(18)은 따라서 축 방향으로 상기 댐핑 부재(36)에 의해 부분적으로 커버된다. 결과적으로, 상기 댐핑 부재는 상기 밀봉 장치(10)의 가압된 작동 상태에서 상기 밀봉 요소(24)에 대한 기계적 배리어 요소의 역할을 하고, 그 배리어 요소에 의해 상기 밀봉 갭(18) 내로의 상기 밀봉 요소(24)의 원치 않는 소성 변형(압출)이 상쇄될 수 있다.
상기 밀봉 장치(10)의 고압부 쪽 H에 우세한 최대 작동 압력 시, 상기 댐핑 부재(36)의 내벽(40)은 상기 제 2 기계 요소의 밀봉 표면(28)으로부터 거리를 두고 배치된다. 결과적으로, 상기 두 기계 요소(12, 14) 사이의 마찰력의 원치 않는 증가가 확실하게 회피된다.
도 3은 밀봉 장치(10)의 또 다른 실시예를 도시하고, 이는 상기 댐핑 부재(36)가 직접적으로, 즉 즉시 상기 제 1 기계 요소(12) 상에 지지된다는 점에서 근본적으로 도 1에 묘사된 예시적 실시예로부터 구별된다. 특히, 상기 댐핑 부재는 상기 제 1 기계 요소(12)의 지지 홈(20)의 그루브 바닥(34) 상에 놓여질 수 있고 적어도 상기 밀봉 요소(24)에 의해 축 방향으로 향해진 그의 압축 시 그것에 대해 지지될 수 있다. 상기 밀봉 장치(10)의 예시된 무부하 작동 상태에서, 상기 댐핑 부재(36)는 거의 상기 밀봉 갭(28)까지 상기 이동 축(16)에 대해 방사항 방향으로 확장된다. 다시 말하면, 상기 댐핑 부재(36)는 무부하 상태에서 상기 제 1 기계 요소(12)의 통로 단면(도시되지 않음) 보다 큰 내부 단면(도시되지 않음)을 갖는다.
도 1에 도시된 상기 밀봉 장치와 같이, 상기 댐핑 부재(36)는 상기 고무-탄성 프리로딩 요소(22)로부터 및 상기 밀봉 요소(24)로부터 분리되는 구성 요소로서 실시된다.
상기 밀봉 요소(24)는 상기 고압부 쪽의 접촉 표면 각(a1) 및 상기 저압부 쪽의 접촉 표면 각(a2)을 갖는 밀봉 립(26)을 갖고, 여기서 a1 및 a2는 각각 90° 보다 작다. 상기 고압부 쪽의 접촉 표면 각(a1)은 바람직하게는 상기 저압부 쪽의 접촉 표면 각(a2) 보다 크다.
도 4는 부분 단면도에서 상기 밀봉 장치(10)의 또 다른 예시적 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 상기 댐핑 부재(36) 및 상기 고무-탄성 프리로딩 요소(22)는 서로 일체로 실시된다. 예로써, 상기 밀봉 요소(24)는 사각형의 단면을 갖는다. 상기 밀봉 요소는 또한 다른 단면, 예를 들어 도 3에 도시된 단면을 가질 수 있는 것은 자명하다.
도 5는 상기 밀봉 장치(10)의 또 다른 예시적 실시예를 도시하고, 여기서 상기 밀봉 요소(24)는 외부로부터 방사상으로 상기 댐핑 부재(36)와 부분적으로 겹쳐진다. 상기 댐핑 부재는 따라서 방사상 방향으로 상기 밀봉 요소(24) 상에 스스로 지지된다.
원칙적으로, 고무-탄성 변형이 가능한 상기 프리로딩 요소(22)는 또한 다른 단면을 가질 수 있다.
도 6에 도시된 상기 밀봉 장치(10)에서, 상기 프리로딩 요소(22)는 그 무부하 상태에서 실질적으로 계란형 또는 타원형의 단면을 갖는다. 도 6에 도시되는 본 발명에 따른 상기 밀봉 장치(10)의 예시적 실시예에서 도시되는 바와 같이, 상기 댐핑 부재는 아치형의 내벽(40)을 가질 수 있다.
본 발명의 전개에 따라, 상기 댐핑 부재(36)는 또한 평볼록 또는 양면이 볼록해지도록 실시될 수 있다. 후자의 경우, 상기 지지 표면(44) 및 마주보고 배치되는 상기 댐핑 부재(36)의 그루브 접촉 표면(48)은, 도 7에 예시되는 상기 밀봉 장치(10)에 도시되는 바와 같이, 아치형의 외형이다.
도 7에 도시되는 바와 같이, 상기 프리로딩 요소(22)는 실질적으로 원형의 단면을 갖는다.
도 8은 또 다른 밀봉 장치(10)를 도시하고, 여기서 상기 밀봉 요소(24)는 상기 밀봉 요소(24)의 고압부 쪽 표면부에서 계단형의 방법으로 실시된다.
도 9에 도시된 상기 밀봉 장치(10)의 경우와 같이, 상기 프리로딩 요소(22)는 상기 고압부 쪽에서 축 방향으로 상기 밀봉 요소(24)와 겹쳐진다. 이 경우, 상기 프리로딩 요소(22)는 스스로 상기 밀봉 요소에 대해 고압부 쪽 댐핑 부재로서 작용한다. 상기 밀봉 장치(10)의 작동 시, 고압부 쪽 방향으로의 움직임의 경우(예를 들어, 고압부 쪽 H 및 저압부 쪽 N 사이의 빠른 압력 보상의 경우)에도, 상기 밀봉 요소는 이에 따라 상기 그루브 플랭크(32)에 대한 강한 충격 및 그로부터 야기되는 손상으로부터 보호될 수 있다.
도 10에 도시된 상기 밀봉 장치(10)의 실시예에 따라, 상기 밀봉 요소(24)는 또한 압력 보상 통로(50)가 제공될 수 있다. 특히, 상기 압력 보상 통로(50)는 상기 밀봉 요소(24)를 통해 확장될 수 있고 상기 저압부 쪽에 배치된 제 1 개구부(52) 및 상기 고압부 쪽에 배치된 제 2 개구부(54)를 가질 수 있다.
상기 밀봉 장치(10)의 정상 작동 시, 상기 압력 보상 통로(50)의 제 1 개구부(52)는 상기 프리로딩 요소(22) 또는 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 댐핑 부재(36)에 의해 상기 저압부 쪽 N으로부터 밀봉된다. 상기 저압부 쪽 N에 우세한 압력이 상기 고압부 쪽 H에 우세한 압력을 초과할 경우, 상기 밀봉 요소(24) 또는 상기 댐핑 부재(36)는 상기 저압부 쪽 N과 상기 고압부 쪽 H 사이의 압력 변화에 의해 상기 고압부 쪽 H 방향으로 축 방향으로 이동될 수 있다. 상기 압력 보상 통로(50)의 제 1 개구부(52) 및 상기 저압부 쪽 N 사이의 유체적 연결이 이에 따라 달성될 수 있다. 이렇게 하여, 상기 저압부 쪽 N 및 상기 고압부 쪽 H 사이의 압력 보상이 가능하게 된다.
본 발명의 전개에 따라, 상기 밀봉 요소(24)는 도 10에 도시된 지지 섹션(56)을 가질 수 있고, 이는 상기 고압부 쪽의 밀봉 엣지(26)로부터 축 방향으로 이격되어 배치된다. 상기 지지 섹션은 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28) 상에 부분적으로 놓여질 수 있다.
본 발명에 따른 상기 밀봉 장치(10)의 작동은 도 1 내지 도 5를 참조하여 이하에서 자세하게 설명된다.
상기 밀봉 장치(10)의 고압부 H가 가압될 때 또는 R 방향으로 상기 밀봉 요소(24)에 대한 상기 제 2 기계 요소(14)의 이동이 있을 때, 상기 밀봉 요소(24)는 상기 댐핑 부재(36)의 방향으로 및 상기 댐핑 부재(36)에 대항하여 축 방향으로 가압된다. 상기 밀봉 요소(24)는 상기 댐핑 부재(36) 상에 지지된다. 상기 댐핑 부재(36)는 접촉 압력 F로 상기 밀봉 요소(24)에 의해 상기 지지 홈(20)의 저압부 쪽 그루브 플랭크(30)에 대항하여 가압되고, 상기 밀봉 요소의 소재에 대한 그의 낮은 탄성 계수로 인해, 축 방향으로 압축된다. 이 공정 중에, 상기 댐핑 부재(36)는 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28)의 방향으로 방사상으로 변형된다(도 2). 상기 댐핑 부재(36)는 적어도 상기 밀봉 장치(10)의 고압부 쪽 H가 최대 작동 압력으로 가압될 때 상기 지지 홈(20)으로부터 돌출된다. 결과적으로, 상기 댐핑 부재(36)는 축 방향으로 두 기계 요소(12, 14) 사이에서 상기 밀봉 갭(18)을 부분적으로 대체한다(커버한다). 결과적으로, 상기 댐핑 부재(36)는 동적인 배리어 요소의 역할을 하고, 그에 의해 이동 축(16) 방향으로 및 상기 두 기계 요소(12, 14) 사이에 형성된 상기 밀봉 갭(18) 내로의 소성 변형 및 이런 이유로의 상기 밀봉 요소(24)의 손상/파괴가 상쇄된다. 본 발명에 따른 상기 밀봉 장치에서, 상기 밀봉 요소(24)는, 결과적으로, 전체적으로 더 작은 크기가 주어질 수 있고 및/또는 일반적으로 사용되는 폴리테트라플루오로에틸렌 보다 기계적 부하에 대한 저항이 약한 소재로부터 형성될 수 있다. 따라서, 상기 밀봉 요소(24)는, 특히, 예를 들어 폴리테트라플루오로에틸렌 보다 낮은 마찰 계수를 갖는 PTFE 단량체를 갖는, 다른 불소계 고분자 또는 플루오르화 공중합체로부터 구성될 수 있다.
예로써, 도 11은 건설 중기 또는 건설 기계에 사용될 수 있는 유형의 단동식(single-acting) 쇼크 댐퍼 또는 유압 액츄에이터(100)에 있어서 본 발명에 따른 상기 밀봉 장치(10)의 사용을 도시한다.
상기 액츄에이터(100)는 위에서 설명한 밀봉 장치(10)로 구성된다. 전적인 예로써, 도시된 상기 밀봉 장치는 도 1에 도시된 상기 밀봉 장치에 상응하는 방법으로 설계된다. 본 발명의 경우, 상기 밀봉 장치(10)의 제 2 기계 요소(14)는 유압 실린더로서 설계되는 반면, 상기 밀봉 장치(10)의 제 1 기계 요소(12)는 피스톤 로드로서 설계됨을 주목해야 한다.
도 11로부터 보여지는 바와 같이, 상기 밀봉 요소(24) 및 상기 프리로딩 요소(22)는 상기 피스톤 로드의 지지 홈(20) 내에 배치된다.
상기 유압식 선형 모터(100)의 참조번호 102로 표시되는 연결 스텁(connection stub)은 상기 피스톤 로드를 구동하기 위한, 즉 R로 표시되는 이동 또는 작동 방향으로 상기 유압 실린더에 대하여 상기 피스톤 로드를 이동시키기 위한 작동 유체(working fluid)를 공급하기 위해 사용된다. 상기 유압 액츄에이터(100)는 서로에 대하여 이동될 두 요소에 대하여 상기 액츄에이터를 체결시키기 위한 상기 유압 실린더 및 상기 피스톤 로드 상에 체결 수단(104)을 갖는다.
상기 쇼크 댐퍼 또는 유압 액츄에이터(100)가 또한 복동식(double-acting) 디자인일 수 있음은 자명하다. 이 경우, 서로 반대로 위치된 두 피스톤 표면은 유압유(hydraulic fluid)에 노출될 수 있고, 그 결과 상기 액츄에이터(100)는 두 능동 운동 또는 작동 방향 R을 갖는다. 이 경우, 상기 밀봉 장치(10)는 제 2 댐핑 부재를 가지며, 이는 상기 고압부 쪽 그루브 플랭크와 상기 밀봉 요소(24) 사이에 축 방향으로 배치된다.
도 1 내지 도 11과 함께 위에서 설명한 상기 밀봉 장치(10)는 또한 다른 공학 부품, 예를 들어 특히 차량용 쇼크 또는 진동 댐퍼에 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. - 이동 축(16)을 따라 서로에 대하여 병진 이동 가능한 방식으로 이격되어 배치되고, 밀봉 갭(18)을 형성하는, 제 1 기계 요소(12) 및 제 2 기계 요소(14);
    - 밀봉 립(26)을 갖고, 적어도 일부가 제 1 기계 요소(12)의 지지 홈(20) 내에 배치되며, 밀봉 장치(10)의 고압부(H)로부터 저압부(N)를 밀봉하도록 하는 밀봉 요소(24);
    - 상기 지지 홈(20) 내에 배치되어 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28)에 대항하여 그 밀봉 립(26)을 갖는 상기 밀봉 요소(24)를 예압하도록 하는 고무-탄성적으로 변형가능한 프리로딩 요소(22); 및
    - 상기 지지 홈(20) 내에 느슨하게 위치되는, 상기 밀봉 요소(24)의 축 방향 지지를 위해 적어도 하나의 탄성적으로 변형 가능한 댐핑 부재(36);로 구성되는 밀봉 장치에 있어서,
    상기 댐핑 부재(36)의 적어도 일부는 축 방향으로 상기 지지 홈(20)의 저압부 쪽에 마련된 그루브 플랭크(30)와 상기 밀봉 요소(24) 사이에 배치되고,
    자유 공간(42)은 상기 댐핑 부재(36)와 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28) 사이에 형성되며, 상기 자유 공간은 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28) 및 상기 밀봉 표면(28)을 마주하는 상기 댐핑 부재(36)의 내벽(40)에 의해 방사상 방향으로 경계가 정해지고, 상기 댐핑 부재(36)의 내벽(40)에서 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28)까지 연속적으로 확장되고,
    상기 댐핑 부재(36)는 상기 고압부(H)가 가압될 때 상기 밀봉 요소(24)에 의해 축 방향으로 압축되고 상기 자유 공간 내로 자유롭게 변형될 수 있으며,
    상기 댐핑 부재(36)는 상기 밀봉 장치(10)의 고압부(H)가 가압된 상태에서 축 방향으로 상기 밀봉 갭(18)을 부분적으로 커버하고, 상기 고압부(H)의 소정의 최대 가압의 경우 상기 제 2 기계 요소(14)의 밀봉 표면(28)을 터치하지 않으며,
    상기 댐핑 부재(36)는 상기 밀봉 요소(24) 소재의 탄성 계수 보다 낮은 탄성 계수를 갖는 소재로 구성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 댐핑 부재(36)는 상기 제 2 기계 요소(14)로부터 떨어진 그의 끝단(38)에 의해 상기 제 1 기계 요소(12) 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 댐핑 부재(36)는 상기 제 1 기계 요소(12) 상에 직접적으로 지지되거나 상기 프리로딩 요소(22)를 경유하여 지지되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 댐핑 부재(36)는 상기 프리로딩 요소(22)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 댐핑 부재(36)는 상기 밀봉 요소(24) 상에 고정되거나 상기 지지 홈(20)의 저압부 쪽 그루브 플랭크(30) 상에 고정되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 댐핑 부재(36)는 일정 부피로 변형될 수 있는 탄성중합체로 구성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 밀봉 요소(24)는 플루오르화 공중합체(fluorinated copolymer)로 구성되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 밀봉 요소(24)는 상기 지지 홈(20) 내에 축 방향 유격(axial play)으로 배치되는 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 두 기계 요소(12, 14) 중 하나는 실린더로서 설계되고 두 기계 요소(12, 14) 중 다른 하나는 상기 실린더 내에서 가이드 되는 피스톤 로드로서 설계되며, 상기 밀봉 요소(24)는 방사상의 밀봉 요소인 것을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  10. 청구항 1에 기재된 밀봉 장치(10)를 갖는 쇼크 댐퍼.
  11. 청구항 1에 기재된 밀봉 장치(10)를 갖는 유압 액츄에이터(100).
KR1020177007014A 2014-08-15 2015-08-12 밀봉 장치, 밀봉 장치를 갖는 쇼크 댐퍼 및 밀봉 장치를 갖는 유압 액츄에이터 KR102003887B1 (ko)

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