KR102314525B1 - 엘라스토머링 및 이를 구비한 플로팅 시일 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 엘라스토머링 및 이를 구비한 플로팅 시일을 개시한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 금속링(130)에 대한 제1 및 제2 접합부(141, 142)와 그 사이에 배치된 모서리부(143)를 포함하며, 상기 제1 접합부(141)에 노치(145)가 형성된 엘라스토머링(140)이 제공된다.

Description

엘라스토머링 및 이를 구비한 플로팅 시일{An elastomer ring and a floating seal having the same}
본 발명은 엘라스토머링 및 이를 구비한 플로팅 시일에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 오일 누유의 문제점이 발생되지 않는 엘라스토머링 및 이를 구비한 플로팅 시일에 관한 것이다.
플로팅 시일(floating seal)은 자주포, 탱크, 굴삭기, 불도저, 광산기계 등의 무한궤도차량의 구동축 베어링을 외부로부터의 흙탕물이나 모래, 먼지 등으로부터 보호하기 위하여, 구동축 베어링 외부에 설치되는 미캐니컬 시일(mechanical seal)의 한 종류이다.
플로팅 시일은 서로 밀착된 채로 상대 회전하는 한 쌍의 금속링을 포함하며, 하나의 금속링은 고정 설치되는 반면 다른 하나의 금속링은 회전 운동하도록 설치된다.
플로팅 시일이 설치되는 하우징(캐비티) 내부에는 부피 기준으로 약 50% 정도의 윤활오일이 충진되어 플로팅 시일의 미끄럼 회전운동이 원활하게 수행되도록 하는 역할 및 시일 접합면(seal contact surface)의 마찰에 의해 발생되는 열을 전도시켜 냉각시켜주는 역할을 한다.
도 1은 하우징(1, 2)에 장착된 종래의 플로팅 시일(10)의 예를 보이는 단면도이다.
플로팅 시일(10)은 제1 시일 파트(20A) 및 제2 시일 파트(20B)로 구성되며, 각각의 시일 파트(20A, 20B)는 금속링(30) 및 엘라스토머링(40)으로 구성된다.
도 2는 도 1의 일측을 확대하여 보이는 도면이다.
도 2-(a)에 도시된 바와 같이 플로팅 시일(10)과 하우징(1, 2)이 결합되기 전에 플로팅 시일(10)과 하우징(1, 2) 사이에는 1.5 mm 정도의 틈새(C)가 존재한다. 이러한 틈새(C)가 확보되도록 엘라스토머링(40)의 외경은 하우징(1, 2)의 내경보다 약간 작게 제작되며, 그러한 틈새(C)가 제공됨으로써 플로팅 시일(10)과 하우징(1, 2) 간의 결합이 원활하게 진행될 수 있다.
도 2-(b)에 도시된 바와 같이 플로팅 시일(10)과 하우징(1, 2)이 결합될 때 하우징(1, 2)이 작용하는 가압력에 의해 엘라스토머링(40)에 변형이 일어남으로써 결합 전에 존재하던 틈새(C)가 밀봉된다.
도 3은 도 2에 도시된 엘라스토머링(40)을 확대하여 보이는 도면이다.
도 3-(b)에 도시된 바와 같이 플로팅 시일(10)과 하우징(1, 2)이 결합될 때 하우징(1, 2)이 작용하는 가압력에 의해 엘라스토머링(40)에 일측 방향(도면에서는 시계 방향)으로의 뒤틀림 변형이 일어나게 된다.
이러한 뒤틀림 변형에 의해 엘라스토머링(40)과 하우징(1, 2) 간의 밀봉은 강화되지만 엘라스토머링(40)과 금속링(30) 간의 밀봉은 약화되는 문제점이 일어날 수 있다.
엘라스토머링(40)은 금속링(30)에 대한 제1 및 제2 접합부(41, 42)를 갖는데, 이 중에서 플로팅 시일(10)의 중심축 방향을 따르는 제1 접합부(41)의 밀봉이 특히 약화된다. 이와 같이 제1 접합부(41)의 밀봉이 약화되는 것은 전술한 뒤틀림 변형의 방향성에 기인하는 것인데, 종래의 플로팅 시일(10)의 경우 제1 및 제2 접합부(41, 42) 사이의 모서리부(43)가 금속링(30)의 라운드진 대응 부위에 밀착되는 구조로서 이는 제2 접합부(42)에 작용하는 뒤틀림 변형력이 모서리부(43)에서 흡수되지 못하고 제1 접합부(41)에 그대로 전달됨으로써 제1 접합부(41)의 밀봉 약화가 더욱 심화되는 설계 구조이다.
이러한 엘라스토머링(40)과 금속링(30) 간의 밀봉 약화는 하우징(1, 2) 안의 윤활오일이 외부로 누유되는 심각한 문제점을 초래한다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 발명으로서 오일 누유의 문제점이 발생되지 않는 엘라스토머링 및 이를 구비한 플로팅 시일을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 금속링(130)에 대한 제1 및 제2 접합부(141, 142)와 그 사이에 배치된 모서리부(143)를 포함하며, 상기 제1 접합부(141)에 노치(145)가 형성된 플로팅 시일용 엘라스토머링(140)을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 엘라스토머링(140)은 상기 모서리부(143)가 챔퍼링 형상으로 설계된 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 또한, 제1 및 제2 시일 파트(120A, 120B)를 포함하며, 제1 및 제2 시일 파트(120A, 120B)는 각각 금속링(130) 및 엘라스토머링(140)으로 구성되며, 상기 엘라스토머링(140)은 상기 금속링(130)에 대한 제1 및 제2 접합부(141, 142)와 그 사이에 배치된 모서리부(143)를 포함하며, 상기 제1 접합부(141)에 노치(145)가 형성된 플로팅 시일(100)을 제공한다.
일 실시 예에 따르면 상기 플로팅 시일(100)은 상기 모서리부(143)가 챔퍼링 형상으로 설계된 것일 수 있다.
본 발명에 의하면 금속링(130)에 대한 엘라스토머링(140)의 제1 접합부(141)에 노치(145)가 형성되어 있어서 노치(145)보다 외측에 배치된 제1 접합부 영역은 높은 변형량이 허용되는 반면 노치(145)보다 내측에 배치된 제1 접합부 영역은 변형이 제한되므로, 하우징(1, 2)과의 결합 시에 엘라스토머링(140)의 변형에 따른 금속링(130)에 대한 밀봉 약화가 방지된다.
또한 본 발명에 의하면 금속링(130)에 대한 엘라스토머링(140)의 제1 및 제2 접합부(141, 142) 사이에 위치하는 모서리부(143)가 챔퍼링 형상으로 설계되어 있어 금속링(130)의 라운드진 대응 부위에 밀착되지 않고 그 대응 부위와의 사이에 변형 회피 공간을 형성한다. 이러한 변형 회피 공간에 의해 제2 접합부(142)에 가해진 변형력이 제1 접합부(141)로 전달되는 것이 최소화되므로 그러한 변형력 전달로 인한 제1 접합부(141)의 밀봉 약화가 방지된다.
이와 같이 본 발명에 따른 엘라스토머링(140)은 제1 접합부(141)에 노치(145)가 형성되고 모서리부(143)가 챔퍼링 형상으로 설계됨으로써 종래의 엘라스토머링(40)을 적용할 때 발생하던 오일 누유의 문제점을 완벽하게 해소한다.
도 1은 하우징(1, 2)에 장착된 종래의 플로팅 시일(10)의 예를 보이는 단면도이다.
도 2는 도 1의 일측을 확대하여 보이는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 엘라스토머링(40)을 확대하여 보이는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 플로팅 시일(100)을 보이는 절단 사시도이다.
도 5는 플로팅 시일(100)이 하우징(1, 2)과 결합된 모습을 보이는 단면도이다.
도 6은 플로팅 시일(100)에 구비되는 엘라스토머링(140)을 보이는 단면도이다.
도 7은 5의 일측을 확대하여 보이는 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 엘라스토머링(140)을 확대하여 보이는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 플로팅 시일(100)을 보이는 절단 사시도이고, 도 5는 플로팅 시일(100)이 하우징(1, 2)과 결합된 모습을 보이는 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 플로팅 시일(100)은 제1 시일 파트(120A) 및 제2 시일 파트(120B)로 구성된다.
제1 시일 파트(120A) 및 제2 시일 파트(120B)는 동일한 구조로 제작되며 각각 금속링(130) 및 엘라스토머링(140)으로 구성된다.
플로팅 시일(100)이 하우징(1, 2)에 결합될 때, 제1 시일 파트(120A)는 제1 하우징 파트(1)에 결합되고 제2 시일 파트(120B)는 제2 하우징 파트(2)에 결합된다. 하우징(1, 2) 내에는 부피 기준으로 약 50% 정도의 윤활오일이 충진되며, 윤활오일은 플로팅 시일의 미끄럼 회전운동이 원활하게 수행되도록 하는 역할 및 시일 접합면(seal contact surface)의 마찰에 의해 발생되는 열을 전도시켜 냉각시켜주는 역할을 한다.
도 6은 플로팅 시일(100)에 구비되는 엘라스토머링(140)을 보이는 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 엘라스토머링(140)은 금속링(130)에 대한 제1 및 제2 접합부(141, 142)와 그 사이에 배치된 모서리부(143)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에서 모서리부(143)는 라운드진 형상으로 제작되지 않고 평탄면의 챔퍼링 형상으로 제작된다.
도 6을 참조하면, 제1 접합부(141)에는 노치(145)가 형성된다. 노치(145)는 엘라스토머링(140)의 원주 전체를 따라 연속적으로 형성된다. 도 6의 실시 예에서 노치(145)의 단면은 호(arch) 형상으로 예시되어 있으나, 대안적으로 노치(145)의 단면 형상은 삼각 형상, 오각 형상 등 다양하게 변경될 수 있다.
도 7은 5의 일측을 확대하여 보이는 도면이다.
도 7-(a)에 도시된 바와 같이, 플로팅 시일(100)과 하우징(1, 2)이 결합되기 전에 플로팅 시일(100)과 하우징(1, 2) 사이에는 1.5 mm 정도의 틈새(C)가 존재한다. 엘라스토머링(140)의 외경은 하우징(1, 2)의 내경보다 약간 작게 설계되므로 이러한 틈새(C)가 존재하게 되며, 이에 의해 플로팅 시일(100)과 하우징(1, 2) 간의 결합이 원활하게 수행될 수 있다. 만약 엘라스토머링(140)의 외경과 하우징(1, 2)의 내경을 완전히 동일한 규격으로 설계하는 경우, 고무 재질의 엘라스토머링(140)의 제조 공차로 인해 플로팅 시일(100)과 하우징(1, 2) 간의 결합이 원활하게 수행되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
도 7-(b)에 도시된 바와 같이, 플로팅 시일(100)과 하우징(1, 2)이 결합될 때 하우징(1, 2)에 작용하는 가압력에 의해 엘라스토머링(140)에 변형이 일어남으로써 결합 전에 존재하던 틈새(C)가 밀봉된다. 구체적으로, 플로팅 시일(100)과 하우징(1, 2)이 결합될 때 플로팅 시일(100)에 가해진 가압력에 의해 하우징(1, 2)과 접합되는 플로팅 시일(100)의 부위는 외측으로 신장 변형되며 이에 의해 플로팅 시일(100)과 하우징(1, 2)은 틈새(C) 없이 완전히 접합된 상태가 된다.
도 8은 도 7에 도시된 엘라스토머링(140)을 확대하여 보이는 도면이다.
도 8-(b)에 도시된 바와 같이 플로팅 시일(100)과 하우징(1, 2)이 결합될 때 하우징(1, 2)이 플로팅 시일(100)에 작용하는 가압력에 의해 엘라스토머링(140)에는 일측 방향(도면에서는 시계 방향)으로의 뒤틀림 변형이 일어나게 된다. 이러한 뒤틀림 변형은 엘라스토머링(140)과 하우징(1, 2) 간의 밀봉은 강화시키는 요인이 되지만, 엘라스토머링(140)과 금속링(130) 간의 밀봉을 약화시키는 요인으로 작용한다.
이러한 뒤틀림 변형에 의한 엘라스토머링(140)과 금속링(130) 간의 밀봉 약화를 방지하기 위해 본 발명의 실시 예에서는 엘라스토머링(140)의 제1 접합부(141)에 전술한 노치(145)가 형성되어 있다. 상기한 뒤틀림 변형은 제1 접합부(141)가 금속링(130)으로부터 떨어지게 하여 제1 접합부(141)의 밀봉을 약화시킬 수 있는데, 본 발명의 실시 예에서는 제1 접합부(141) 중간에 노치(145)가 형성되어 있어서 도 8을 기준으로 노치(145)보다 위에 배치된 제1 접합부 영역은 높은 변형량이 허용되는 반면, 노치(145)보다 아래에 배치된 제1 접합부 영역은 변형이 제한된다. 이와 같이 노치(145)에 의해 그 아래의 제1 접합부 영역의 변형이 제한됨으로써, 뒤틀림 변형에 따른 엘라스토머링(140)과 금속링(130) 간의 밀봉 약화가 방지된다.
도 8의 예에서 노치(145)는 실제보다 좀 더 크게 도시되었는데 실제 적용에서 노치(145)의 크기는 도 8에 도시된 것보다 작게 설계하는 것이 바람직하다. 그리고 도 8의 예에서 노치(145)는 제1 접합부(141)의 중간 위치에 형성되었는데, 노치(145)의 위치는 중간 위치보다 조금 높은 위치인 것이 바람직하다. 예를 들어, 노치(145) 형성 위치는 제1 접합부(141) 높이의 2/3 지점 또는 3/4 지점일 수 있다.
전술한 바와 같이 제1 및 제2 접합부(141, 142) 사이의 모서리부(143)가 금속링(130)의 라운드진 대응 부위에 밀착되는 구조의 경우 제2 접합부(142)에 작용되는 뒤틀림 변형력이 모서리부(143)에서 흡수되지 못하고 제1 접합부(141)에 전달되므로 제1 접합부(141)의 밀봉을 약화시키는 요인이 된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에서는 제1 및 제2 접합부(141, 142) 사이의 모서리부(143)가 챔퍼링 형상으로 설계되어 있어 금속링(130)의 라운드진 대응 부위에 밀착되지 않으므로 그 대응 부위와 모서리부(143) 사이에 변형 회피 공간이 형성된다.
플로팅 시일(100)과 하우징(1, 2)이 결합될 때 제2 접합부(142)는 모서리부(143) 쪽으로 압축되는 변형을 하게 되는데, 모서리부(143)와 금속링(130)의 대응 부위 사이에 상기한 변형 회피 공간이 제공되어 있어서 제2 접합부(142)가 그 변형 회피 공간으로 변형되는 것이 허용되므로, 제2 접합부(142)에 가해진 변형력이 제1 접합부(141)로 전달되는 것이 최소화된다. 즉, 이러한 변형 회피 공간이 없는 경우 제2 접합부(142)에 작용하는 변형력은 모서리부(143)를 통해 제1 접합부(141)에 그대로 전달되지만, 본 발명의 실시 예에서는 모서리부(143)와 금속링(130)의 대응 부위 사이에 제2 접합부(142)의 변형을 흡수(허용)해주는 상기한 변형 회피 공간이 제공되므로 그러한 변형력 전달로 인한 제1 접합부(141)의 밀봉 약화가 방지된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 엘라스토머링(140)은 제1 접합부(141)에 노치(145)가 형성되고 모서리부(143)가 챔퍼링 형상으로 설계됨으로써 종래의 엘라스토머링(40)을 적용할 때 발생하던 오일 누유의 문제점을 완벽하게 해소한다.
본 발명에 따른 엘라스토머링(140)의 성능을 확인하기 위해 Spinning Test를 수행하였으며, 아래 [표 1]은 그 테스트 결과를 정리한 것이다.
Cycle No. 회전속도(rpm) Oil 압력(bar) Running time(hrs)
1 116 0.7 1
2 232 0.7 1
3 348 0.7 1
4 464 0.7 1
5 580 0.7 1
6 600 0.7 140
Total 145

Test result
 No oil leakage. Accepted. 요구 사양에 적합함.
위와 같이 본 발명의 실시예에 따른 엘라스토머링(140)을 적용한 경우 최대 600 rpm의 회전 속도로 145 시간 운전한 후에도 오일 누유가 발생되지 않음을 확인할 수 있었다.
1, 2 : 하우징
10 : 플로팅 시일
20A : 제1 시일 파트
20B : 제2 시일 파트
30 : 금속링
40 : 엘라스토머링
41 : 제1 접합부
42 : 제2 접합부
43 : 모서리부
100 : 플로팅 시일
120A : 제1 시일 파트
120B : 제2 시일 파트
130 : 금속링
140 : 엘라스토머링
141 : 제1 접합부
142 : 제2 접합부
143 : 모서리부
145 : 노치

Claims (4)

  1. 금속링(130)에 대한 제1 및 제2 접합부(141, 142)와 그 사이에 배치된 모서리부(143)를 포함하며, 상기 금속링(130)은 상기 금속링(130)의 중심축에 평행하게 배치된 제1 면 및 상기 제1 면에 수직하게 배치된 제2 면을 포함하며, 상기 제1 접합부(141)는 상기 제1 면에 접촉되는 면이고 상기 제2 접합부(142)는 상기 제2 면에 접촉되는 면이며, 상기 제1 접합부(141)에 노치(145)가 형성된 플로팅 시일용 엘라스토머링(140).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 모서리부(143)는 챔퍼링 형상으로 설계된 플로팅 시일용 엘라스토머링(140).
  3. 제1 및 제2 시일 파트(120A, 120B)를 포함하며, 제1 및 제2 시일 파트(120A, 120B)는 각각 금속링(130) 및 엘라스토머링(140)으로 구성되며, 상기 엘라스토머링(140)은 상기 금속링(130)에 대한 제1 및 제2 접합부(141, 142)와 그 사이에 배치된 모서리부(143)를 포함하며, 상기 금속링(130)은 상기 금속링(130)의 중심축에 평행하게 배치된 제1 면 및 상기 제1 면에 수직하게 배치된 제2 면을 포함하며, 상기 제1 접합부(141)는 상기 제1 면에 접촉되는 면이고 상기 제2 접합부(142)는 상기 제2 면에 접촉되는 면이며, 상기 제1 접합부(141)에 노치(145)가 형성된 플로팅 시일(100).
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 모서리부(143)는 챔퍼링 형상으로 설계된 플로팅 시일(100).
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