KR19990022809A

KR19990022809A - 시일 링

Info

Publication number: KR19990022809A
Application number: KR1019970709278A
Authority: KR
Inventors: 노르베르트 파이스텔
Original assignee: 후버 페; 마쉬넨파브릭 술저-불크할트 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 1999-03-25
Also published as: CN1187871A; US6378875B1; NZ308055A; MX9710113A; TW434375B; AU703670B2; CA2224585A1; EP0832384B1; BR9608360A; ATE216763T1; JP4104654B2; AU5758396A; WO1997000397A1; CN1119540C; EP0832384A1; JPH11507713A; DE59609127D1

Abstract

본 발명은 피스톤컴프레서의 피스톤로드를 시일하는 시일 링(1)에 관한 것이다. 시일 링(1)은 3개의 세그멘트(1a, 1b, 1c)로 이루어지고, 이것은 시일 링(1)의 원주방향으로 연장되는 부분(2a, 2b)을 가지고, 오버랩조인트를 형성한다. 오버랩조인트는 축방향으로 시일효과를 양호하게 한다.

Description

시일 링

3개의 링 세그멘트로 제조된 다수부재의 시일 링은 스위스특허 제439 897호에 공지되어 있다. 링 세그멘트의 갭은 축방향으로 연장되는 관통슬롯을 형성한다. 통상적으로 이러한 시일 링은 교호로 쌍을 이루어서 배열되어 이른 바 패킹을 형성하여, 시일하고자하는 보디, 예를 들면 피스톤컴프레서의 피스톤로드의 슬라이드면을 시일한다. 이 공지된 시일 링은, 관통슬롯을 축방향으로 시일하기 위하여 2개의 시일 링을 상호 인접하여 쌍으로 각각 배열하여야 한다는 단점이 있다. 또 다른 단점은, 상호 인접하여 배열된 한 쌍의 시일 링이 축방향으로 비교적 크므로, 이는 마찰열의 증가를 야기한다는 것이다. 이 마찰열은, 시일 링이 통상적으로 플라스틱으로 제조되고 열도전성이 낮기 때문에 소멸이 더욱 곤란하고, 이것은 시일하고자하는 보디로부터 외부 냉각장치로의 열전달을 방해한다.

본 발명은 특허청구범위의 청구항 1의 전제부에 따른 시일 링에 관한 것이다.

도 1a는 다수부재로 구성된 시일 링의 평면도.

도 1b는 도 1의 선 A-A에 따른 단면도.

도 1c는 2개의 환형 세그멘트 사이의 조인트의 측면도.

도 1d는 원주방향으로 연장되는 커버 링의 평면도.

도 1e는 시일 링의 링 세그멘트의 평면도.

도 1f는 링 세그멘트의 선 A-A에 따른 다른 특정 실시예의 단면도.

본 발명의 목적은 이러한 단점을 해소하는 시일 링을 제공하려는 것이다.

이 목적은 특허청구의 범위 중 청구항 1의 특징에 따른 시일 링으로 해소된다. 종속항 2 - 10은 본 발명에 따른 시일 링의 또 다른 바람직한 실시예에 관한 것이다.

본 발명에 따른 시일 링은, 최소한 2개의 링 세그멘트로 형성된 다수부재 링으로 이루어지고, 이 중 링 세그멘트는 시일 링의 원주방향으로 오버랩하여 형성된 공통조인트를 가진다.

본 발명에 따른 시일 링의 이점은, 인접하는 링 세그멘트가 상호 오버랩하는 조인트를 각각 가지고, 따라서 링 세그멘트 사이에는 시일 링에 수직방향으로 또는 경우에 따라서는 시일하고자 하는 보디에 축방향으로 일직선의 관통슬롯이 실재하지 않는다는 사실에서 알 수 있다. 이러한 종류의 시일 링은 양호하게 시일된다. 본 발명에 따른 시일 링의 또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 커버 링을 링 세그멘트의 외측둘레에 원주방향으로 연장하여 배열하고, 이것이 링 세그멘트 사이의 외측으로부터 반경방향으로 연장되는 조인트를 피복하고, 이 수단에 의하여 그들이 시일된다. 또한, 커버 링은 링 세그멘트를 상호 고정한다. 원주방향으로 연장되는 스프링, 예를 들면 호스스프링, 또는 환상스프링을 링 세그멘트상에 반경방향 내측으로 작용하는 힘을 가하기 위하여 외측의 커버 링상에 배열하는 것이 바람직하다. 특히, 커버 링은 링 세그멘트 중 하나와 협동하는 연결부재를 가질 수 있어서, 각각의 링 세그멘트에 대하여 커버 링의 회전을 방지한다.

시일하고자 하는 로드에 있어서, 시일 링은 각각의 링 세그멘트가 시일 링의 원주방향으로 연장되는 간격을 가지도록 개선될 수 있다. 시일 링은 작용 중에 로드의 대향면이 점차 마모된다. 본 발명에 따른 시일 링은, 각각의 링 세그멘트 사이의 간격 및 시일 링을 둘러싸는 호스스프링 때문에, 링 세그멘트는 반경방향으로 작용하는 힘에 따라서 계속해서 로드를 향하게 되고, 이로써 점차 마모되는 동안 링 세그멘트 사이의 간격은 계속해서 감소되어 링 세그멘트가 로드와 접하고 그들의 시일기능이 유지된다는 이점을 가진다. 특히, 시일 링의 시일기능은 오버랩조인트에 의하여 축방향으로 유지된다.

상호 오버랩하는 링 세그멘트의 부분은, 하나 이상의 인접하는 링 세그멘트의 간격이 제로인 경우에도, 인접하는 잔여의 링 세그멘트는 여전히 오버랩조인트 부분을 가지도록 설계된다. 따라서, 조인트에서 축방향으로의 누출은 링 세그멘트의 어떤 위치에서도 확실하게 일어나지 않는다.

최소한 2개의 링 세그멘트 및 외측에 원주방향으로 연장되는 커버 링으로 이루어지는 시일 링은, 오버랩조인트와 외측에 원주방향으로 연장되는 커버 링의 결합으로 인하여, 축방향으로 시일작용이 매우 양호하고, 또한 축방향으로의 시일에는 단지 하나의 시일 링이 필요하고, 따라서 시일 링은 축방향으로 구조상 높이가 낮다는 이점을 가진다. 본 발명에 따른 시일 링의 또 다른 이점은, 비교적 강성재료 또한 링 세그멘트용 재료로서 사용가능하고, 따라서, 예를 들면, 변형된 PEEK와 같은 고온폴리머도 링 세그멘트용 재료로서 또한 사용가능하다는 것이다.

본 발명에 따른 시일 링의 다른 바람직한 실시예에 있어서, 링 세그멘트는 상호간에는 간격을 가지지 않고, 시일하고자 하는 로드의 직경을 시일 링과 로드 사이에 링 시일이 분리되도록 설계한다. 이런 식으로 설계된 시일 링에 있어서, 링 세그멘트는 세라믹재료로 또한 제조될 수 있는 반면, 링 세그멘트를 원주방향으로 둘러싸는 커버 링은 여전히 플라스틱으로 제조된다.

시일 링의 다른 이점은, 그 구조형태상 이미 설비된 피스톤로드에 링의 설비가 가능하고 문제가 없다는 사실에서 알 수 있다.

다음 도면은 본 발명의 특정 실시예를 나타낸다.

도 1a는 3개의 링 세그멘트(1a, 1b, 1c)를 가지는 다수부재의 링으로 설계된 시일 링(1)을 나타낸다. 각각의 링 세그멘트(1a, 1b, 1c)는 시일 링(1)의 원주방향으로 연장되는 간격 S를 가지는 공통조인트를 가진다. 세그멘트(1a, 1b, 1c)는 원주방향으로 연장되는 부분(2a, 2b)을 가지고, 이것이 오버랩조인트를 형성한다. 도 1b는 도 1a의 선 A-A에 따른 단면도이다. 링 세그멘트(1a, 1c)는 시일 링의 중심 Z 에 대향하는 슬라이드면(1d)을 가지고, 이것은 시일하고자하는 면, 예를 들면 피스톤로드상에 원형단면으로 위치되거나 또는 거기로부터 약간 떨어져있다. 본 실시예에 있어서, 링 세그멘트(1a, 1c)는 예시된 단면도에서와 같이 L자형상이고, 장방형 요부(1e)를 가진다. 이 요부(1e)는 도 1d에 나타낸 커버 링(3)을 수용하도록 되어있고, 이것은 크기면에서 이 요부(1e)에 대응하는 단면을 가지도록 설계됨으로써 커버 링(3)이 이 요부(1e)내에 삽입될 수 있다. 커버 링(3)은 스프링탄성 특성을 가질 수 있고, 요부(1e)내에 원주방향으로 위치되는 각각의 링 세그멘트(1a, 1b, 1c)를 둘러싸도록 시일 링(1)위에 배설된다. 도 1d에 나타낸 바와 같이, 커버 링은 절결부(3a)를 가진다. 또한 커버 링(3)은 원주방향으로 연장되는 호스스프링에 의하여 둘러싸일 수 있다. 이 스프링이 링 세그멘트상에 힘을 가하여 중심 Z를 향하여 작용하게한다. 도 1a에 따른 특정의 실시예에 있어서, 링 세그멘트(1a, 1b, 1c)는 반경방향으로 연장되는 조인트를 가진다. 커버 링(3)은 세그멘트 사이에 반경방향으로 연장되는 갭 즉 조인트를 시일한다. 스프링장력의 효과로 링 세그멘트가 피스톤로드상에 위치되고, 따라서 시일면(1d)의 마모 시에 각각의 링 세그멘트(1a, 1b, 1c) 사이의 간격 S가 감소된다. 조인트 간격이 0보다 큰 이러한 종류의 시일 링을 마찰 링이라고도 한다.

시일 링(1)이 세그멘트(1a, 1b, 1c) 사이에 간격 S를 가지면, 각각의 세그멘트(1a, 1b, 1c) 사이의 간격의 폭을 상이하게 하는 것이 가능하다. 극단적인 경우, 2군데의 조인트는 조인트간격을 0으로 하고, 이로써 간격 S가 제3 조인트에서 매우 크게된다. 시일 링(1)의 원주방향으로 연장되는 부분(2a, 2b)은, 전술한 극단적인 경우에도, 그들이 상호 오버랩하고 축방향으로 시일효과를 가지도록 설계하는 것이 바람직하다.

도 1c에서는 시일 링(1)의 원주방향으로 연장되는 부분(2a, 2b)을 가지는 2개의 링 세그멘트(1b, 1c) 사이의 조인트의 측면도이다. 갭의 폭 S, S1은 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 링 세그멘트(1b, 1c)는 시일 링(3)용의 요부(1e)를 가진다. 도 1e는 요부(1e) 및 2개의 부분(2a, 2b)을 가지는 하나의 링 세그멘트(1a)를 나타낸다. 본 발명의 요지는, 링 세그멘트의 조인트(2a, 2b)를 시일 링(1)의 원주방향으로 상호 오버랩하도록 인접하여 배설하는 양태이다. 또한, 조인트(2a, 2b)는 여러 가지 방식으로 설계가능하여, 축방향으로의 시일기능은 물론 시일 링(1)의 원주방향으로 간격 S를 가지게한다. 마찬가지로, 요부(1e)도 여러 가지 방식으로 설계가능하여, 커버 링(3)을 수용하거나 또는 호스스프링을 커버 링(3)이 없이 직접 수용한다. 또한, 시일 링(1)은 요부(1e)가 없이 도 1에 나타낸 바와 같은 단지 3개 이상의 링 세그멘트(1a, 1b, 1c)로 형성하는 것이 가능하다.

도 1f는 예를 들어 도 1a의 선 A-A에 따른 단면이 다른 실시예의 링 세그멘트의 단면도이다. 링 세그멘트(1a)에는 슬라이드면(4)에 대향하는 피스톤로드의 면(1f)을 가진다. 이 면(1f)은 축방향으로 높이 H를 가지고, 한 부분(1d)에 걸쳐 원통형으로 연장되어 시일면(1d)을 형성하고, 다른 부분(1h)으로 분기되도록 설셰된다. 분기면(1g)은 예를 들면 원추형으로 설계가능하다. 본 발명에 따른 시일 링(1)은, 축방향 및 원주방향 양쪽의 관통흐름이 방지되므로 시일작용이 양호하다. 따라서, 가스성분은 시일면(1d)과 슬라이드면(4) 사이로 세게 누출되고, 이것이 시일 링(1)을 슬라이드면(4)으로부터 약간 들어올리고 이로써 마찰이 감소된다는 이점을 가진다. 분기면(1g)은 가스성분을 도 1f에 따른 감소된 시일면(1d)방향으로 자유롭게 흐르게하는 효과를 가지고, 이 중 가스성분은 반경방향 외측으로 작용하는 힘을 시일 링(1) 뿐만 아니라 면(1g) 및 면(1d) 양쪽 모두상에 가한다. 따라서, 시일면(1d)과 피스톤로드의 슬라이드면(4) 사이에서의 누출이 잘되고, 시일부재의 가스베어링이 향상된다.

링 세그멘트(1a, 1b, 1c)는 상이한 재료, 특히 플라스틱, 즉 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 변형된 고온폴리머, 즉 폴리(에테르 에테르 케톤) (PEEK), 폴리(에테르 케톤) (PEK), 폴리이미드 (PI), 폴리(페닐린 술피드) (PPS), 폴리벤즈이미다졸 (PBI), 폴리아미드이미드 (PAI) 또는 변형된 에폭시수지로 제조될 수 있다. 고온폴리머는 순정형태로는 건식운전에 적합하지 않은 플라스틱이고, 따라서 고체윤활제, 예를 들면 카본, 그라파이트, 몰리브디늄 술피드 또는 PTFE를 가하는 것이 필요하다.

다른 특정의 실시예에 있어서, 소정의 크기의 피스톤로드로부터 시작하여, 시일 링은 각각의 세그멘트가 간격 S가 없이, 즉 조인트간격 = 0로 피스톤로드를 둘러싸도록 설계된다. 이러한 종류의 시일을 갭 링 시일이라고 한다. 이러한 실시예에 있어서, 링 세그멘트는 세라믹재료로 또한 제조될 수 있고, 세그멘트를 둘러싸는 커버 링은 또한 플라스틱으로 제조된다. 시일 링의 최적의 시일효과는 거의 폐쇄된 조인트, 즉 조인트간격 = 0에 의하여 달성된다. 이 상태에서는, 피스톤로드상에 세그멘트의 접촉압력이 없으므로, 따라서 마찰이 발생하지 않는다. 또한, 갭이 개방되지 않으므로 누출이 최소화된다. 이 상태는 피스톤로드와 어떤 종류의 접촉이 발생하더라도 마모는 일어나지 않기 때문에, 세라믹재료로 제조된 링 세그멘트에는 장기간에 걸쳐 유지가능하다. 또한, 세그멘트는 본래 안정성이 있고, 이로써 세그멘트는 가해진 압력차이하에서는 변형되지 않는다. 동시에 세그멘트와 피스톤로드 사이에 높은 표면압력 또는 장기간의 접촉이 현저하게 발생하지 않도록 주의를 기울어야 한다. 조인트간격 = 0일 때, 세그멘트 사이의 반경방향 및 축방향의 조인트는 매우 근접하게 되고, 이로써 시일면(1d)과 피스톤로드의 슬라이드면(4)사이에 누출이 발생하고 따라서 가스베어링이 형성된다. 바람직한 실시예에 있어서, 세라믹 세그멘트는 도 1f에 나타낸 바와 같은 단면을 가진다. 저감된 시일면(1d) 및 분기면(1g)이 누출을 도와 가스베어링을 야기한다.

Claims

최소한 2개의 세그멘트(1a, 1b, 1c)로 이루어지는 시일 링(1)으로서, 상기 세그멘트(1a, 1b, 1c)는 시일 링(1)의 원주방향으로 연장되는 부분(2a, 2b)을 가지고, 오버랩조인트를 형성하는 것을 특징으로 하는 시일 링.
청구항 1에 있어서, 커버 링은 시일 링(1)의 원주방향으로 세그멘트(1a, 1b, 1c)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 시일 링.
청구항 1 또는 2에 있어서, 부분(2a, 2b)은 2개의 인접하는 세그멘트(1a, 1b, 1c)가 시일 링(1)의 원주방향으로 간격(S)을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 시일 링.
청구항 3에 있어서, 인접하는 하나 이상의 세그멘트(1a, 1b, 1c)가 간격 S=0을 가지는 경우, 인접하는 잔여 세그멘트의 부분(2a, 2b)이 여전히 오버랩조인트를 형성하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 시일 링.
청구항 4에 있어서, 부분(2a, 2b)은 인접하는 세그멘트(1a, 1b, 1c)가 시일 링(1)의 원주방향으로 간격없이 순차 배열되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 시일 링.
청구항 1 ∼ 4 중 어느 한 항에 있어서, 세그멘트(1a, 1b, 1c)는, 플라스틱, 즉 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 변형된 고온폴리머, 즉 폴리(에테르 에테르 케톤) (PEEK), 폴리(에테르 케톤) (PEK), 폴리이미드 (PI), 폴리(페닐린 술피드) (PPS), 폴리벤즈이미다졸 (PBI), 폴리아미드이미드 (PAI) 또는 변형된 에폭시수지로 제조되는 것을 특징으로 하는 시일 링.
청구항 5에 있어서, 세그멘트(1a, 1b, 1c)는 세라믹재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 시일 링.
청구항 1 ∼ 7 중 어느 한 항에 있어서, 시일 링(1)은 스프링탄성 특성을 가지거나 또는 시일 링(1)의 원주방향으로 연장되는 시일 링(1)상에 배설된 스프링에 의하여 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 시일 링.
청구항 1 ∼ 8 중 어느 한 항에 있어서, 세그멘트(1a, 1b, 1c)는 시일하고자하는 슬라이드면(4)에 대향하는 면(1f)을 가지고, 이 면(1f)은 시일 링(1)의 원주방향에 대하여 직각방향으로 연장되는 높이(H)를 가지고, 이 면(1f)은 높이(H)의 일부를 가로질러 실린더형상으로 형성되어 시일면(1d)을 형성하고, 다른 부분(1h)을 가로질러 시일면(1d)에 대하여 반경이 확대된 면(1g)을 가지는 것을 특징으로 하는 시일 링.
청구항 9에 있어서, 면(1g)은 다른 부분(1h)을 가로질러 원추형으로 확대되어 형성되는 것을 특징으로 하는 시일 링.
청구항 1 ∼ 10 중 어느 한 항에 따른 시일 링을 가진 보디의 슬라이드면(4)을 시일하는 패킹.
청구항 1 ∼ 10 중 어느 한 항에 따른 시일 링을 가진 피스톤컴프레서.