KR20160027092A - 레이디얼 샤프트 시일 - Google Patents

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KR20160027092A
KR20160027092A KR1020167002516A KR20167002516A KR20160027092A KR 20160027092 A KR20160027092 A KR 20160027092A KR 1020167002516 A KR1020167002516 A KR 1020167002516A KR 20167002516 A KR20167002516 A KR 20167002516A KR 20160027092 A KR20160027092 A KR 20160027092A
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안드레아스 블레히슈미트
마틴 샤웁
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니덱 게페엠 게엠베하
브이알 오토모티브 디쉬텅스시스템므 게엠베하
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Abstract

본 발명은 액상 매체로 채워진 공간에서 돌출된 회전 샤프트를 밀봉하기 위한, 예를 들어 냉각재 펌프의 구동 샤프트를 밀봉하기 위한 레이디얼 샤프트 시일에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 마모를 줄일 수 있는, 특히 이중 립 실링 시스템에서 실링 립에 작용하는 스타팅 마모를 줄일 수 있는 새로운 유형의 레이디얼 샤프트 시일을 제공하는 것으로, 레이디얼 샤프트 시일에 손상 없이 수 시간동안 냉각액 없이 냉각재 펌프로 엔드-오브-라인(end-of-line) 모터 테스트가 가능한 레이디얼 샤프트 시일을 제공하는 것이다. 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일은 특히, 금속 지지체(11)를 가지는 실링 하우징(5) 내에, 두 개의 실링 바디(8), 즉 압축 측의 외부 립 요소(15)와 대기 측의 내부 립 요소(16)가 배열되며, 각 립 요소는 샤프트(3) 또는 슬리브(10)에 놓이는 실링 실린더를 가지고, 상기 실링 실린더는 세 개의 인접한 실링 실린더 영역을 포함하여, 각각 압력 측에는 원추형 유입면(22)이 반대편의 각 부압측에는 원추형 배출면(23)이 제공되며, 각 경우에 원추형 유입면(22)과 원추형 배출면(23) 사이에 원통형 접촉 영역(24)이 존재하는 것을 특징으로 한다. 외부 립(19), 지지체(11), 내부 립(20)을 가지는 내부 립 요소(16), 및 샤프트(3) 또는 슬리브(10)에 의하여 모든 면이 밀봉된 윤활 챔버(21)가 한정되며, 이 윤활 챔버 내에는 실온에서 유동가능하고 5,000 mm2/s 내지 1,000 mm2/s 범위의 동적 점도를 가지는 윤활제가 0.005 bar 내지 0.01 bar의 잔류 과압(residual excess pressure)으로 함유된다.

Description

레이디얼 샤프트 시일{RADIAL SHAFT SEAL}
본 발명은 액상 매체로 채워진 공간에서 돌출된 회전 샤프트를 밀봉하기 위한 레이디얼 샤프트 시일에 관한 것으로, 실링 하우징과 상기 실링 하우징 내에 배열되고 실링 립에 의해 샤프트에 밀봉되도록 접하는 적어도 하나의 링 형상의 실링 바디 및 적어도 하나의 실링 바디를 실링 하우징에 배치하는 링 형상의 금속 지지체를 구비하여, 액체로 채워진 내부 공간을 외부, 바람직하게는 대기에 대하여 밀봉하기 위한 레이디얼 샤프트 시일에 관한 것이다.
이러한 샤프트 시일은 기계 공학, 장비 공학 및 자동차 공학, 예를 들어 물에 기초한 약간의 윤활 첨가제와 같은 저점성 냉각제에 대해 냉각재 펌프의 구동축을 밀봉하기 위해 사용된다.
DE 10 2008 010 338 A 및 DE 10 2008 010 341 A는 워터 펌프용 레이디얼 샤프트 시일을 공지하고 있는데, 이 샤프트 시일은 각각 샤프트에 밀봉되어 선형으로 인접한 실링 립을 구비하는 상호 이격된 두 개의 실링 바디를 포함한다.
상기한 두 문헌의 샤프트 시일은 두 개의 실링 바디가 동일하게 형성되고, 따라서 동일한 구성으로 제조될 수 있는 특징을 갖는다.
DE 10 2008 010 338 A과 달리 DE 10 2008 010 341 A는 누출액 수집 공간을 가지며, 밀봉된 샤프트에 회전 불가능하게 연결된 원심 분리 요소가 상기 수집 공간으로 돌출해 있다.
상기한 모든 구성의 특징은 샤프트 또는 샤프트 위에 놓인 샤프트-슬리브에 배열된 실링 바디의 실링 립이 "쐐기 형태"로 형성되어 있으며, 이러한 실링 립은 구동 상태에서 샤프트 또는 샤프트-슬리브에 압착된 좁은 라인 표면은 높은 마찰력을 가지고, 내부 공간에 인접에 있으며 오염 부하에 가장 심하게 노출되어 있는 실링 다이어프램 바디의 실링 립이 우선적으로 마모되기 때문에 바깥쪽에 배열된 두 번째 실링 다이어프램 바디의 또 다른 실링 립이 마모된 립을 통해 유입된 누출액을 밀봉해야만 한다는 것이다.
즉, 이러한 구성에서 "첫 번째" 실링이 마모된 후 이어서 배열된 "두 번째" 실링이 실링기능을 수행해야한다.
그러나, 두 번째 실링 다이어프램 바디의 실링 립은 냉각되지 않은 상태에서 샤프트 또는 샤프트-슬리브에서 "구동"하기 때문에 이것은 불가피하게 높은 마찰력과 상대적으로 짧은 수명을 야기한다.
이로 인해, 실링 립은 누출액을 억제하기 위해 반드시 필요한 실링 장력을 상실하게 되며, 일정 기간 사용한 후(즉, 실링 립이 사용되는 원래의 기간) 실링 립으로서의 기능을 더 이상 완벽히 충족시키지 못하기 때문에 이러한 샤프트 시일의 누출 손실은 구동시간 동안 현저하게 증가한다.
본 출원인이 출원한 DE 101 41 138 C2는 또 다른 레이디얼 샤프트 시일을 공지하고 있으며, 이 레이디얼 샤프트 시일은 압력 방향으로 서로 이격되어 선형으로 샤프트에 밀봉되어 접하는 두 개의 실링 립을 포함하며, 이 실링 립은 서로 마주하여 배열된 두 개의 실링 바디에 배열되며, 두 개의 실링 바디 사이에는 지지체가 배열되고, 상기 지지체는 내부 챔버의 반대쪽 면으로 내부 공간에 인접해 있는 실링 다이어프램을 지지한다. 이러한 구성의 경우, 두 개의 실링 다이어프램 사이의 공간으로 고온 그리스가 채워져 있다.
WO 002007101429 A1은 래이디얼 샤프트 시일을 위한 출원인의 또 다른 제안을 공지하고 있는데, 이 레이디얼 샤프트 시일은 압력 방향으로 서로 이격되어 선형으로 샤프트에 밀봉되어 접하는 두 개의 실링 립을 포함하며, 이 실링 립의 경우도 마찬가지로 고온 그리스가 두 개의 실링 다이어프램 사이의 공간에 채워져 있다.
DE 101 41 138 C2 및 WO 002007101429 A1에 따른 구성에서 두 개의 실링 다이어프램 사이에 고온 그리스가 채워져 있는 상태는 이러한 두 유형에서 제공된 실링 다이어프램 형태와 연결되므로 결과적으로 냉각재 펌프의 작동 상태에서 약 200℃의 드롭핑 포인트(dropping point)를 갖는 고온 그리스는 점성 상태가 되기 때문에 내벽에 "달라붙고", 낮은 압착력을 가지며 선형으로 슬리브에 접하는 쐐기 모양의 실링 립의 윤활에 영향을 줄 수 없다.
내부 챔버의 활성 내부 압력이 부족하고 "건조실" 쪽 립을 샤프트 방향으로 가압하기 위해 달리 작용하는 압착력이 부족하기 때문에, 립들이 샤프트에 접촉되지 않는 상황이 발생하며, 따라서 저점성 윤활제가 두 개의 실링 립 사이의 공간으로부터 매우 빠르게 누출된다.
이러한 윤활제의 "결핍"으로 인해 "건조실" 쪽 립에서 매우 높은 마모가 발생하게 된다.
또한, 선행 기술에서는, 외부 탄성 중합체 립(elastomer lip)이 아래쪽에 놓이고 높은 PTFE-비율을 갖는 플라스틱으로 제조된 립과 결합되며, 두 개의 립 사이에는 시중에서 구할 수 있는 적은 양의 그리스가 삽입되어 탄성 중합체 립의 단기 윤활 기능을 위해 사용되는 구성이 공지되어 있다.
그러나, 장시간 냉매 없이 건조가 진행될 경우, 이러한 구성에서 샤프트의 넓은 면에 놓이는 플라스틱 립이 마찰 에너지 유입으로 인해 마모되는 결과를 야기한다. 시중에서 구할 수 있으며 두 개의 립 사이에 제공된 그리스는 결코 원하는 효과를 제공하지 못한다.
DE 917 942 A, DE 977 331 A, US 2 467 210 A, US 2 630 357 A, US 5 303 935 A 또는 DE 10 2010 0 44 427 A1에 공지되어 있는 샤프트의 큰 면 또는 넓은 면에 놓인 실링 립을 구비한 또 다른 립 형상의 경우, 약한 윤활 매체(냉각수)와 연관되어 상대적으로 짧은 사용 시간 후에 샤프트의 넓은 면에 가압된 실링 립의 에지 영역에서 증가한 마모가 발생하는데, 이는 초기 구동으로 즉각적으로 경계 마찰이 생기고, 이로 인해 마모가 발생하므로 샤프트 또는 샤프트 슬리브의 넓은 면에 놓인 실링 립을 구비한 이중 립을 갖는 실링 시스템의 경우 전술한 단점들이 발생하며, 특히 건조 작동시 두 개의 립과 냉매를 구비한 정상 작동에서 안쪽, 즉 냉매 반대쪽 두 개의 립이 펌프의 초기 구동 이후에 매우 강력한 마모가 발생하는 단점을 갖는다.
펌프의 초기 구동 이후에 냉각 회로에서 발생하는 이러한 스타트 마찰은 립 실링이 크게 손상되고 조기에 고장을 일으키는 결과를 초래할 수 있다.
선행 기술에 공지된 전술한 모든 해결안들은 냉각 회로의 초기 구동 시 증가된 스타트 마찰의 근본적인 문제를 해결할 수 없다.
이러한 맥락에서 발생하는 문제의 마찰학(tribology)는 짧은 구동 시간 경과 후 워터 펌프 베어링 쪽 실링 립의 결함을 야기하는데, 이는 스타트 단계에서 실링 립은 그리스가 없는 상태에서 건조 마찰되고, 이로 인해 온도 및 마찰이 강력하게 증가하기 때문이다.
이렇게 강력한 스타트 마찰의 원인은 정상적인 작동 조건에서 냉매가 외부 립을 지나 내부 립으로 관통하고, 이러한 립이 "윤활될"/"윤활될 수 있을" 때까지 내부 립이 일반적으로 건조하게 작동되기 때문이다.
전술한 구성에 사용된 탄성 중합체 실링 립 및 상기에서 사용된 PTFE에 기반을 둔 플라스틱 실링 립을 위해, 높은 회전수 및 마찰 공학상 유용하지 않은 경계 마찰/건조 마찰이 냉각수 결핍중 드라이 런(dry run) 기간이 상대적으로 짧은 구동 시간 경과 후 손상, 즉 경계 마찰 마모 또는 건조 마찰 마모로 인한 "연소"가 발생할 정도로 길며, 이러한 손상은 내부 립의 완전한 파괴를 야기하는 결과를 가져오므로 계속된 구동시 단지 외부 립만 밀봉 기능을 할 수 있다.
"end of line" 엔진 테스트, 즉 냉각수 없는 냉각수 펌프로 여러 시간 동안 진행되는 엔진 테스트는 냉각수 펌프에 삽입된 레이디얼 샤프트 시일의 전술한 모든 구성의 경우 실링 립이 완전히 파괴되는 결과를 야기한다.
선행 기술에 공지된 레이디얼 샤프트 시일 구성의 또 다른 단점은 레이디얼 샤프트 시일을 형성하는 다수의 개별 부품들로 구성된다는 것이며, 또한 이 부품들은 레이디얼 샤프트 시일의 기능적 제조 및 조립을 위해 제조의 정확성을 갖지만, 제조 및 조립과 관련된 높은 비용 상승을 초래한다.
차량의 냉각 시스템에 레이디얼 샤프트 시일을 사용할 때 나타나는 또 다른 기존의 문제점은 냉각 시스템이 흡입 펌프를 통해 진공 상태로 되고, 밀봉이 검사되며, 이어서 생성된 진공을 이용하여 공기 없이 냉각수가 주입된다는 사실이다. 전술한 실링 립의 마모 현상은 이러한 초기 주입에 당연히 영향을 주지 않는다. 이미 많은 정비소가 정비 작업 또는 유지 작업의 범위에서 진공으로 공기 없이 주입하고 있기 때문에 공기가 밀봉되지 않고 폐쇄된 실링 립을 지나 냉각 회로에 도달하게 되며, 여기서 단점이 발생한다.
본 발명의 목적은, 액상 매체로 채워진 공간에서 돌출된 회전 샤프트를 대기로부터 밀봉하기 위한 새로운 유형의 레이디얼 샤프트 시일로서, 약간의 윤활 첨가물을 갖는 물에 기반한 저점성 냉각 매체를 사용하는 냉각수 펌프에서 선행 기술의 단점을 극복하고, 자체로 냉각수 없는 냉각수 펌프를 구비한 "end of line" 엔진 테스트도 냉각수 펌프에 내장된 레이디얼 샤프트 시일의 손상 없이 여러 시간 이상 가능하며, 샤프트가 회전할 때 마모 특히 선행 기술에 비해 이중 립 실링 시스템의 스타트 마모가 현저하게 최소화되고, 선행 기술에 비해 누출 손실이 현저하게 감소되며, 또한 정지 상태에서 누출 손실이 억제되고, 동시에 제조 기술 면에서 단순하게 제조될 수 있고 조립될 수 있으며, 이로 인해 제조 비용과 최종 제조 단계에서 조립 비용이 현저하게 감소되고, 동시에 수명 증가와 함께 장시간 사용 후 "공기 없이" 냉각수 펌프의 진공 충전이 가능하다는 신뢰성이 증가되는, 레이디얼 샤프트 시일을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 독립항의 특징에 따른 레이디얼 샤프트 시일을 통해 달성된다.
본 발명의 바람직한 실시 형태, 상세한 설명 및 특징은 종속항 및 본 발명에 따른 구성을 위한 도면과 관련한 실시예의 상세한 설명에 근거를 둔다.
이하에서는 본 발명을 도면을 참조한 실시예를 통하여 더 상세히 설명한다.
도 1은 최종 조립 후, 즉 예를 들어 냉각수 펌프에 설치된 후 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일의 측단면도;
도 2는 슬리브(10)가 삽입된 최종 조립 전의 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일의 평면도;
도 3은 도 2에 도시된 슬리브(10)가 삽입된 최종 조립 전의 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일의 A-A 단면도;
도 4는 슬리브(10)가 설치되지 않은 최종 조립 전의 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일의 측단면도;
도 5는 도 4의 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일의 본 발명의 내부 립(20)을 도시한 X 부분의 상세도;
도 6은 도 4의 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일의 본 발명의 외부 립(19)을 도시한 Y 부분의 상세도이다.
도 1은 냉각재 펌프에 장착된 상태, 즉 최종 조립 이후에 해당하는 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일을 도시한다.
도 1은 액상 매체로 채워진 작동 하우징(2)의 압력 챔버(1)에서 돌출된 회전 샤프트(3)를 외부 공간(4), 바람직하게는 대기로부터 밀봉하기 위한 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일을 도시한다.
작동 하우징(2)의 보어에는 리어 월(6)을 구비한 금속 실링 하우징(5)이 배치된다.
리어 월(6)에는 샤프트 관통 보어(7)가 형성된다. 상기 실링 하우징(5)에는 탄성 재료로 구성된 두 개의 링 형상의 실링 바디(8)가 배열되는데, 상기 실링 바디(8)에 형성된 실링 립(9)이 샤프트(3)에 회전 불가능하게 배열된 슬리브(10)에 직접 접하고, 두 개의 실링 바디(8)가 동시에 링 형상의 금속 지지체(11)를 통해 배치된다.
본 발명에 따르면, 실링 하우징(5)에 배치된 금속 지지체(11)에는 샤프트 관통 보어(7)를 가진 베어링 플레이트(12)가 배열되며, 실링 하우징(5)에 배치된 지지체(11)의 외부 에지(14)는 실링 하우징(5)의 내경에 비해 큰 치수를 가지고, 따라서 지지체(11)는 실링 하우징(5)에 압입(press fit)된다.
금속 실링 하우징(5)에 금속 지지체(11)를 압입함으로써, 온도 변화시 실링 하우징(5)에서 지지체(11)의 확실한 위치를 보장할 수 있다.
여기서 특징적인 것은, 두 개의 실링 바디(8), 즉 압축 측의 외부 립 요소(15) 및 바깥 측의 내부 립 요소(16)가 지지체(11)에 배열되는 것으로, 이때 상기 외부 립 요소(15)는 지지체(11)의 베어링 플레이트(12)의 전체 면에, 내부 립 요소(16)는 실링 하우징(5)의 리어 월(6)의 전체 면에 놓이므로, 높은 압력 발생시 두 개의 실링 바디(8)가 동시에 실링 하우징(5)에서 안정적으로 놓일 수 있다.
본 발명에 따르면, 외부 립 요소(15) 및 내부 립 요소(16)에는, 각각 샤프트(3) 및 구동 슬리브(10)에 인접한 영역에, 외부 가장자리에 외부 그루브(17)가 배열된 원통형의 실링 립(9) 형상의 압축 측 쪽으로만 형성된 실링 실린더가 배열되며, 상기 실링 립(9)의 외부 그루브(17)에는 각각의 스트링 스프링(18)이 배열되고, 이 스트링 스프링은 외부 립 요소(15)의 실링 실린더, 외부 립(19), 및 내부 립 요소(16)의 실링 실린더, 내부 립(20)을 샤프트(3) 또는 샤프트(3)에 회전 불가능하게 배열되는 슬리브(10) 쪽으로 가압 되어, 각각의 실링 실린더와 샤프트(3) 또는 슬리브(10) 사이에는 샤프트(3)의 회전에 불구하고 최적의 압착력이 보장되며, 특히 누출 손실을 최소화하고, 특히 정지 상태에서 누출을 억제할 수 있다.
또한, 외부 립(19), 지지체(11), 내부 립(20)을 구비한 내부 실링 요소(16)및 샤프트(3) 또는 슬리브(10)에 의해 모든 면이 밀봉된 윤활 챔버(21)가 형성되며, 샤프트(3) 또는 슬리브(10)에 인접한 실링 립(9)의 실링 실린더, 즉 외부 립(19) 실링 실린더와 내부 립(20)의 실링 실린더는 나란히 놓인 세 개의 실링 실린더 영역으로 분할되어, 외부 립(19)의 압축 측과 내부 립(20)의 압축 측 각각에는 원추형 유입면(22) 및 반대쪽의 외부 립(19)의 진공 측과 내부 립(20)의 진공 측에는 원추형 배출면(23)이 배열되고, 이들 사이에는 원통형 접촉 영역(24)이 배열되며, 외부 그루브(17)의 중심 축(25)은 상기 접촉 영역(24)으로부터 원추형 배출면(23)으로의 전이 영역에 배열된다.
이로 인해, 샤프트(3) 또는 슬리브(10)와 작동 연결되는 각각의 실링 립(9)의 전체 너비에 대해 정확한 압력 변화가 보장될 수 있다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일은 슬리브(10)가 삽입된, 즉 최종 조립 전의 상태가 도 2에 평면도로 도시되어 있다.
도 3은 도 2에 따른 본 발명의 레이디얼 샤프트 시일의 A-A 단면도이다.
도 4에는, 본 발명에 따른 실링 립(9)을 명확하게 하기 위해, 슬리브(10)가 장착되지 않은 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일의 단면이 도시되어 있다.
도 5는 본 발명에 따라 내부 립(20)을 구비한 도 4의 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일의 X 부분의 확대도이고, 도 6은 본 발명에 따라 외부 립(19)을 구비한 도 4의 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일의 Y 부분의 확대도이다.
특히, 도 5와 도 6은 실링 립의 구성을 도시하고 있는데, 이 실링 립은 원추형 유입면(22)이 샤프트 축(26)에 대하여 압력 유입 각 α를 가지며, 본 발명에 따르면 이는 1° 내지 10°인 것을 통해 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 접촉 영역(24)의 실린더 내벽은 샤프트 축(26)에 대해 회전 대칭적으로 뻗어 있으며, 원추형 배출면(23)은 샤프트 축(26)에 대하여 1° 내지 15°의 압력 배출 각 β를 가진다.
본 발명에 따르면, 상기 외부 립(19)의 원추형 유입면(22)은 도 1에 도시되어 있는 것처럼 압력 챔버(1)의 작동 압력으로 인해 작동 상태에서 접촉 영역(24) 쪽으로 압력을 형성하며, 접촉 영역은 스트링 스프링(18)의 스프링 압력 부하 하에서 최소의 작동 실링 틈새를 보장하므로, 본 발명에 의해, 최소 누출 손실과 함께 동시에 윤활 챔버(21) 쪽으로 압력이 감소하는 원추형 배출면(23)을 통해 경계 마찰 영역의 최소화가 달성된다.
내부 립(20)의 거의 유사한 구성에 의해, 상기 외부 립(19)과 관련하여 기술한 효과와 유사한 방식으로, 윤활 챔버의 내부 압력으로부터 외부 공간(4)의 대기 압력으로 압력 감소 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 샤프트 관통 보어(7) 영역에 있는 지지체(11)는 압축 측으로 굽은 링 형상 외부 립 베어링 웨브(13)를 가지며, 이는 작동 압력으로 인해 부하가 걸린 탄성적인 외부 립(19)의 소재가 지지체(11)의 샤프트 관통 보어(7)와 샤프트(3) 또는 슬리브(10) 사이의 틈새로 압출되는 것을 방지한다.
본 발명에 따르면, 레이디얼 샤프트 시일의 전체 윤활 챔버(21)에는, 실온에서 유동적이고 5,000 mm2/s 내지 1,000 mm2/s 범위의 동적 점도를 가지는 윤활제가 0.005 bar 내지 0.01 bar의 충전 후 잔류 압력으로 채워지는데, 즉 충전 후 윤활 챔버는 완전히 채워지고 윤활 챔버 내의 윤활제는 약간의 과압 상태에 놓인다.
본 발명의 일 실시예에서, 실링 지름 30mm에서 윤활 챔버(21)의 체적은 약 1cm3이다.
본 발명에 따른 실링 립 형태의 배열과 윤활 챔버(21)에 배열된 윤활제의 조합은 우수한 마찰 공학상의 효과를 가지며, 냉각수 없는 냉각수 펌프로 "end of line" 엔진 테스트도 가능한데, 즉 4000 U/min까지 12시간 이상 테스트 시간 동안 본 발명에 따른 샤프트 시일의 건조 테스트의 경우에도 실링 립의 기능이 손상되지 않는다.
이러한 극단적인 조건하에서 본 발명에 따른 전술한 최적의 실링 기능은 본 발명에 따른 립 형상의 평평한 테이퍼 각과 관련하여 실링 립의 최소 마모가 달성되었다.
약 7,300 시간 이상 실시된 테스트에서 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일은 냉각수 펌프 사용과 관련하여 계속해서 우수한 누출 거동을 보여주었으며, 매우 낮지만 측정 가능한 누출 양상에서 측정할 수 없는 누출 양상로 반복적으로 대체되었다.
서로 다른 누출 양상의 반복적인 효과로 인해 실링 양상의 이러한 특징은 "자체 최적화 효과"로 불릴 수 있다.
본 발명에 따른 냉각수 펌프에 설치되는 레이디얼 샤프트 시일로 실시된 테스트에서 분명하게 입증된 것은 냉각수 없는 냉각수 펌프의 "end of line" 엔진 테스트에서도 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일의 손상 없이 수 시간 이상 가능해 졌다는 사실이다.
따라서, 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일은 극단적인 조건하에서도 높은 신뢰도와 긴 수명을 보장한다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 레이디얼 샤프트 시일에 슬리브(10)가 예비조립될 때에는, 본 발명에 따라 윤활 챔버(21)에는 윤활제가 이미 함유되는 것이 바람직하다.
이와 같이 예비 조립된 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일은 예를 들어 냉각수 펌프에서 단순한 설치가 가능하게 하며, 예를 들어 스테인리스 강으로 구성된 정교하게 가공된 슬리브(10)의 사용으로 인해 실링 립(9)의 마모가 최소화되고, 동시에 윤활 챔버(21)에 배열된 본 발명에 따른 윤활제로 인해 실링 립(9)의 최적의 윤활이 보장되며, 또한 상기 윤활제는 탄성적인 재료로 구성된 실링 립을 지속적으로 냉각시키고, 작동되는 동안 실링 립은 지속적으로 "관리"/윤활되고, 이로 인해 실링 립의 고무가 경화되는 것이 억제되고, 예를 들어 샤프트(3) 또는 슬리브(10)의 "구동 영역"이 "패이고" 마모되는 것이 억제된다.
동시에, 윤활 챔버(21)에서 본 발명에 따른 작동 압력을 갖는 예비 조립된 레이디얼 샤프트 시일의 신뢰성이 증가 되며, 동시에 냉각수 펌프에 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일을 사용할 때 설치 비용이 현저히 감소된다.
본 발명에 의하여, 액상 매체로 채워진 공간에서 돌출되는 회전 샤프트를 대기로부터 밀봉하기 위한 새로운 유형의 레이디얼 샤프트 시일이 제공될 수 있으며, 이러한 레이디얼 샤프트 시일은 약간의 윤활 첨가물을 갖는 물에 기반한 저점성 냉각 매체를 사용한 냉각수 펌프에서 선행 기술의 단점을 극복하며, 자체로 냉각수 없는 냉각수 펌프의 "end of line" 엔진 테스트도 냉각수 펌프에 내장된 본 발명에 따른 레이디얼 샤프트 시일의 손상 없이 여러 시간 이상을 견딜 수 있고, 회전하는 샤프트의 경우 이중 립 실링 시스템에서 실링 립의 마모가 선행 기술에 비해 현저하게 감소되며, 선행 기술에 비해 누출 손실이 현저하게 감소되며, 또한 정지 상태에서 누출이 현저하게 억제되며, 동시에 제조 기술 면에서 단순하게 제조될 수 있고 조립될 수 있으며, 이로 인해 제조 비용과 최종 제조 단계에서 조립 비용이 현저하게 감소되며, 동시에 수명과 함께 장시간 사용 후 "공기 없이" 진공 충전이 가능하다는 신뢰성이 증가된다.
1: 압력 챔버
2: 작동 하우징
3: 샤프트
4: 외부 공간
5: 실링 하우징
6: 리어 월
7: 샤프트 관통 보어
8: 실링 바디
9: 실링 립
10: 슬리브
11: 지지체
12: 베어링 플레이트
13: 외부 립 베어링 웨브
14: 외부 에지
15: 외부 립 요소
16: 내부 립 요소
17: 외부 그루브
18: 스트링 스프링
19: 외부 립
20: 내부 립
21: 윤활 챔버
22: 원추형 유입면
23: 원추형 배출면
24: 접촉 영역
25: 그루브 중심 축
26: 샤프트 축
α: 압력 유입 각
β: 압력 배출 각

Claims (2)

  1. 액상 매체로 채워진 작동 하우징(2)의 압력 챔버(1)로부터 돌출된 회전 샤프트(3)를 대기와 같은 외부 공간(4)으로부터 밀봉하기 위한 레이디얼 샤프트 시일로서, 리어 월(6)과 상기 리어 월(6)에 형성된 샤프트 관통 보어(7)를 가지고 상기 작동 하우징(2)의 보어에 배열된 금속 실링 하우징(5)를 구비하며, 상기 실링 하우징(5)에는 탄성적인 재료로 구성된 링 형상의 다수의 실링 바디(8)가 배열되고, 상기 실링 바디(8)에 배열된 실링 립(9)이 샤프트(3) 또는 상기 샤프트(3)에 회전 불가능하게 배열된 슬리브(10)에 직접 배치되며, 상기 실링 하우징(5) 내에 있는 실링 바디(8)는 링 형상의 금속 지지체(11)에 의해 배치되는 레이디얼 샤프트 시일에 있어서,
    - 상기 실링 하우징(5)에 배치되는 금속 지지체(11)에는 샤프트 관통 보어(7)를 가지는 베어링 플레이트(12)가 배열되고, 상기 실링 하우징(5)에 배치되는 지지체(11)의 외부 에지(14)는 실링 하우징(5)의 내경보다 큰 치수를 가지며, 따라서 상기 지지체(11)는 실링 하우징(5)에 압입(press fit)되며,
    - 상기 지지체(11)에는 압축 측의 외부 립 요소(15) 및 바깥 측의 내부 립 요소(16)의 두 개의 실링 바디(8)가 배열되어, 상기 외부 립 요소(15)는 베어링 플레이트(12) 및 상기 지지체(11)의 외부 립 베어링 웨브(13)에 놓이고, 상기 내부 립 요소(16)는 실링 하우징(5)의 리어 월(6)의 전체 면에 놓이며,
    - 상기 외부 립 요소(15) 및 내부 립 요소(16)에는, 각각 샤프트(3) 또는 슬리브(10)에 인접한 영역에, 외부 가장자리에 외부 그루브(17)가 배열된 원통형의 실링 립(9) 형태의 압축 측 쪽으로만 형성된 실링 실린더가 배열되며, 상기 실링 립(9)의 외부 그루브(17)에는 각각 스트링 스프링(18)이 배열되고, 상기 스트링 스프링은 상기 외부 립 요소(15)의 실링 실린더, 외부 립(19) 및 내부 립 요소(16)의 실링 실린더, 내부 립(20)을 샤프트(3) 또는 상기 샤프트(3)에 회전 불가능하게 배열되어 있는 슬리브(10) 쪽으로 가압하여,
    - 상기 외부 립(19), 지지체(11), 내부 립(20) 구비한 내부 실링 요소(16) 및 샤프트(3) 또는 슬리브(10)에 의해 모든 면이 밀봉된 윤활 챔버(21)가 한정되고, 상기 샤프트(3) 또는 슬리브(10)에 인접한 실링 립(9)의 실링 실린더, 즉 외부 립(19)의 실링 실린더와 내부 립(20)의 실링 실린더는 나란히 놓인 세 개의 실링 실린더 영역으로 분할되고, 상기 외부 립(19)의 압축 측과 내부 립(20)의 압축 측에는 원추형 유입면(22)이 배열되고, 반대편의 외부 립(19)의 진공 측과 내부 립(20)의 진공 측에는 원추형 배출면(23)이 배열되며, 상기 원추형 유입면(22)과 원추형 배출면(23) 사이에는 원통형 접촉 영역(24)이 배열되며, 상기 외부 그루브(17)의 그루브 중심 축(25)은 상기 접촉 영역(24)으로부터 원추형 배출면(23)으로의 전이 영역에 배열되며,
    - 상기 원추형 유입면(22)은 샤프트 축(26)에 대하여 1° 내지 10°의 압력 유입 각 α의 수렴부를 가지고, 상기 접촉 영역(24)의 실린더 내벽은 샤프트 축(26)에 대해 회전 대칭으로 뻗어 있으며, 상기 원추형 배출면(23)은 샤프트 축(26)에 대하여 1° 내지 15°의 압력 배출 각 β을 가지는 확장부를 가지며, 및
    - 상기 레이디얼 샤프트 시일의 전체 윤활 챔버(21)에는 실온에서 유동적이고 5,000 mm2/s 내지 1,000 mm2/s 범위의 동적 점도를 가지는 윤활제가 0.005 bar 내지 0.01 bar의 충전 후 잔류 압력으로 함유되는 것을 특징으로 하는 레이디얼 샤프트 시일.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트 관통 보어(7) 영역에 있는 지지체(11)는 링 형상으로 압축 측으로 굽은 외부 립 베어링 웨브(13)를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이디얼 샤프트 시일.
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