KR20180118112A - 밀봉 필름을 갖는 밀봉 장치(Seal arrangement with sealing film) - Google Patents

밀봉 필름을 갖는 밀봉 장치(Seal arrangement with sealing film) Download PDF

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트렐레보르크 씰링 솔루션즈 저머니 게엠베하
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Abstract

본 발명은 이동축(16) 주위로 또는 이동축(16)에 대하여 서로를 향하여 이동 가능하도록 배열된 2개의 기계부(12, 14)를 갖는 밀봉 장치(10)에 관한 것이다. 상기 2개의 기계부(12, 14) 중 하나는 밀봉 유지 구조(32)를 구현하며 각각의 나머지 기계부(12, 14)는 밀봉 표면(24)을 구현한다. 상기 2개의 기계부(12, 14) 사이에 구현되는 밀봉 갭(18)의 동적 밀봉을 위한 밀봉 디바이스(20)는 밀봉 유지 구조(32) 상에 또는 내에 배열되며, 상기 밀봉 디바이스(20)는 밀봉 요소 및 프리-텐션 요소(22)로 이루어지고, 상기 프리-텐션 요소(22)는 상기 밀봉 요소로부터 분리되어 있고, 이러한 프리-텐션 요소에 의하여 상기 밀봉 요소는 상기 각각의 나머지 기계부(12, 14)의 밀봉 표면(24)에 대하여 반경 방향으로 인장된다. 본 발명에 의한 상기 밀봉 요소는 탄성적으로 변형 가능한 밀봉 필름(26)에 의하여 형성된다. 상기 프리-텐션 요소(22)는 엠보싱 구조(36)를 형성하며, 상기 엠보싱 구조(36)는 상기 밀봉 필름(26) 내로 가압되어, 상기 프리-텐션 요소(22)의 엠보싱 구조(36)에 상응하는 접촉 압력 진행(42)으로 상기 밀봉 필름(26)이 상기 밀봉 표면(24)을 베어링하도록 한다.

Description

밀봉 필름을 갖는 밀봉 장치(Seal arrangement with sealing film)
본 발명은 밀봉 필름을 갖는 밀봉 장치에 관한 것이다.
이동축 주위로 또는 이동축에 대하여 서로를 향하여 이동 가능하도록 배열된 2개의 기계부로서 2개의 기계부 중 하나는 밀봉 유지 구조를 구현하며 각각의 나머지 기계부는 밀봉 표면을 구현하는 2개의 기계부를 갖는 밀봉 장치가 주지되어 있다. 밀봉 유지 구조 상에/내에 지지되어 배열되는 밀봉 디바이스는 상기 2개의 기계부 사이에 구현되는 밀봉 갭의 동적 밀봉을 제공하며, 상기 밀봉 디바이스는 밀봉 요소 및 프리-텐션 요소로 이루어지며, 상기 프리-텐션 요소는 상기 밀봉 요소로부터 분리되어 있고 이러한 프리-텐션 요소에 의하여 상기 밀봉 요소는 반경 방향으로 각각의 나머지 기계부의 밀봉 표면에 대하여 인장된다.
이러한 밀봉 장치는, 예를 들어, 밀봉 장치로서 또는 유압 실린더의 경우에도 오랜 기간 동안 설치되어 왔는데, 밀봉 장치의 경우에는 회전 가능하게 장착된 회전축이 하우징 또는 베어링부에 대하여 밀봉되며, 유압 실린더의 경우에는 상기 실린더 내부에서 피스톤이 안내되어 병진 운동 가능하다.
상업적으로 가용한 밀봉 장치의 경우, 상기 밀봉 요소는 상기 각각의 기계부의 밀봉 표면 상에서 적어도 마찰로 인하여 마모된다. 이는, 밀봉 성능에 필수적이며 또한 상기 밀봉 장치의 유체 복귀-반송 성능에 필수적인 상기 밀봉 요소의 구조에 특히 영향을 미친다. 기계적 하중과 관련하여 상기 밀봉부 또는 밀봉 요소의 보다 무겁고 이에 상응하는 보다 견고한 구현은 상기 기능에 필수적인 구조체의 조기 마모 위험을 추가로 보유한다. 또한, 작동 중에 발생하는 마찰열이 더 이상 적절하게 제거될 수 없기 때문에 상기 밀봉 요소에 열적으로 과부하가 걸릴 위험이 있다.
미국 특허 공보 2 105 871 A는 회전식으로 장착된 차축의 밀봉 표면에 대하여 밀봉식으로 지지하는 다른 오일-저항성 재료 또는 가죽으로 제조된 필름-형 밀봉 요소를 포함하는 회전 밀봉 장치를 개시한다. 이 경우, 상기 밀봉 요소는 단순한 가터 스프링(garter spring)을 사용하여 차축의 밀봉 표면에 가압된다. 그러나, 상기 밀봉 장치는 고압 응용 분야에 거의 적합하지 않다. 이에 더하여, 원주 방향으로 서로 뒤쪽에 배열되는 가터 스프링의 개별 권선은 상기 밀봉 디바이스의 충분한 밀봉 성능을 보장하기 위하여 - 이격된다면 - 단지 약간만 이격될 수 있다. 그 결과, 상기 밀봉 디바이스에 대한 신뢰성 있는 리턴 드래그 성능이 실현되지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 비용면에서 효율적으로 생산가능하며, 밀봉 디바이스가 신뢰성 있는 리턴 드래그 성능을 가지며 동시에 개선된 수명을 갖도록 된 밀봉 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 특허 청구의 범위의 청구항 제 1 항에 명시된 특징을 갖는 밀봉 장치에 의하여 달성된다. 본 발명의 바람직한 추가의 실시 예는 종속항 및 상세한 설명에 제공된다.
본 발명에 의한 밀봉 장치의 경우, 상기 밀봉 요소는 탄성적으로 변형 가능한 밀봉 필름에 의하여, 즉, 필름 밀봉 요소로서 형성된다.
상기 프리-텐션 요소는 상기 밀봉 필름이 상기 프리-텐션 요소의 엠보싱 구조에 상응하는 접촉(표면) 압력으로써 또는 그에 상응하는 접촉 압력 진행으로써 상기 밀봉 표면을 베어링하는 방식으로 상기 밀봉 필름 내에 가압되는 엠보싱 구조를 형성한다. 그 결과, 상기 밀봉 디바이스의 밀봉 능력 또는 복귀-반송 능력에 중요한 상기 밀봉 디바이스의 구조, 즉, 여기에서 상기 프리-텐션 요소의 엠보싱 구조는 더 이상 어떠한 직접적인 마찰-유도 마모를 겪지 않게 된다. 상기 밀봉 필름은 종래의 밀봉 요소보다 실질적으로 더욱 얇게 구현되므로, 상기 밀봉 장치의 작동 중에 발생되는 어떠한 마찰열도 빠르게 제거될 수 있다. 그러므로, 전체적으로, 상기 밀봉 디바이스의 수명이 명백히 개선될 수 있다. 상기 밀봉 필름을 탄성적으로 변형 가능하게 함으로써, 상기 밀봉 갭에 수백 바를 초과하는 유체 압력이 존재하는 고압력 적용의 경우에도 충분한 밀봉 능력이 구현될 수 있다. 상기 밀봉 필름은 바람직하기로는 0.1 밀리미터 내지 2 밀리미터, 특히 0.2 밀리미터 내지 1 밀리미터 사이의 필름 두께를 포함한다. 그 결과, 미세하게 단계화된(단계적인) 상기 밀봉 필름의 접촉 압력 진행이 상기 밀봉 표면에 구현될 수 있다. 바람직한 실시 예에서, 상기 밀봉 필름의 두께는 상기 이동가능하게 장착된 기계부의 직경에 매치되게 또는 이에 맞추어 조정되며, 특히, 상기 이동가능하게 장착된 기계부의 직경의 100분의 1까지 될 수 있다. 이에 더하여, 상기 밀봉 필름은 바람직하기로는 상기 엠보싱 구조의 영역에서 반경 방향으로 상기 프리-텐션 요소 상에서 느슨하게 베어링하며, 그러므로 상기 엠보싱 구조를 갖는 상기 프리-텐션 요소의 원주 영역에 접합이나 용접되지 않으며 상기 원주 영역에 어떠한 방식으로든 직접적으로 고정되지 않는다.
상기 밀봉 장치는 반경 방향으로 외부적으로 밀봉하거나 또는 반경 방향으로 내부적으로 밀봉하는 밀봉 디바이스로써 구현가능하다. 그 결과, 상기 밀봉 장치의 적용범위가 광범위하다.
상기 프리-텐션 요소의 엠보싱 구조는 본 발명의 제 1 실시 예에 의한 나사산으로서 구현된다. 상기 나사산은 상기 2개의 기계부의 이동축에 대하여 다중의 전 권선(full winding)의 바람직한 방식으로 적어도 하나의 전 권선으로 연장되는 나사산 또는 나사산 홈을 포함한다. 그 결과, 상기 밀봉 필름은 상기 나사산에 상응하는 접촉 압력 진행에 의하여 상기 밀봉 표면을 포함하는 상기 기계부를 베어링한다. 그러므로, 상기 밀봉 필름은 적어도 하나의 나선형으로 연장되는 제 1 구역을 포함하며, 이는 상기 밀봉 표면을 높은 접촉 압력으로 베어링한다. 상기 제 1 구역은 반경 방향으로 상기 엠보싱 구조의 나사산 팁과 상관관계가 있거나 이에 맞추어 조정된다. 상기 나사산 홈에 상관관계가 있거나 반경 방향으로 상기 나사산 홈에 맞추어 조정되는 상기 밀봉 필름의 구역은 반대로 비교적 낮은(보다 낮은) 접촉 압력으로 상기 밀봉 표면을 베어링한다. 특히 상기 밀봉 장치가 회전 밀봉 장치로서 구현되는 경우, 그 결과 축방향의 윤활유 (복귀) 반송이 가능해진다. 상기 밀봉 디바이스의 복귀-반송 능력 및 밀봉 작용은 상기 프리-텐션 요소의 나사산 및 상기 나사산 홈의 자유 개방 단면의 구배 및 축방향 길이 선택에 의하여 단순한 방식으로(다른 것들 중에서) 조정될 수 있다.
상기 프리-텐션 요소의 엠보싱 구조는, 이에 대한 대안으로, 상기 프리-텐션 요소로부터 반경 방향으로 돌출되는 적어도 하나의 환형 비드를 포함할 수 있다. 그 결과, 상기 밀봉 필름은 종래의 밀봉 에지의 접촉 압력 진행에 상응하는 접촉 압력 진행으로써 원주 영역에서 나머지 기계부의 밀봉 표면을 베어링한다. 이 경우, 본 발명에 의한 환형 비드는 다양한 플랭크 각으로 상기 밀봉 표면에 대하여 경사지게 정렬되는 제 1 및 제 2 (측부) 플랭크를 포함한다. 상기 밀봉 필름의 접촉 압력 진행은 종래의 밀봉 에지의 기능적으로 상이한 플랭크 구배를 시뮬레이팅하기 위하여 상기 밀봉 디바이스의 2개 측부, 예를 들면, 상기 밀봉 장치의 고압측 및 상기 밀봉 장치의 저압측에 대하여 비대칭으로 설정된다. 그 결과, 상기 밀봉 디바이스의 복귀-반송 능력은 상기 2개의 기계부가 상기 이동축을 따라 서로에 대하여 병진 운동할 때의 - 운동 방향에 따라 - 요건에 상응하게 설정될 수 있다. 상술한 바의 나사산을 원주 환형 비드와 결합할 때, 상기 나사산의 단부에서 바람직한 방식으로, 상기 원주 환형 비드 또한 대칭 단면을 가지며 구현될 수 있다, 즉, 양측부에 동일한 플랭크 각으로 또는 반경으로 구현될 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 프리-텐션 요소의 환형 비드는 상기 프리-텐션 요소의 원주 방향으로 물결 모양 또는 지그재그 형태의 진행을 포함할 수 있다. 본 실시 예의 경우에는, 상기 프리-텐션 요소가 환형 비드 엠보싱 구조를 가질 때에도, 상기 2개의 기계부가 서로에 대하여 회전할 때 상기 밀봉 디바이스의 복귀-반송 능력을 신뢰성있는 방식으로 설정하는 것이 가능하다. 대체로, 이는 상기 밀봉 장치의 적용 범위에 유익하다.
본 발명의 바람직한 추가 개발에 의하면, 상기 프리-텐션 요소는 상술한 바의 환형 비드를 다중으로 포함할 수 있다. 상기 환형 비드는 축방향으로 서로 이격되어 하나가 다른 하나의 뒤에 배열된다. 그 결과, 한편으로는 상기 밀봉 디바이스의 특히 우수한 밀봉 능력이 달성될 수 있다. 그 결과, 상기 밀봉 장치는 또한 고압력 또는 극도의 고압력 적용에서도 사용가능하며, 동시에 최소화된 마모 민감성으로 상기 밀봉 갭 내에 배열된 유체에 대하여 신뢰할 수 있는 복귀-반송 능력을 보장한다.
상기 프리-텐션 요소는, 특히, 반경 방향으로 구부러지지 않도록, 즉, 비-탄성적으로 구현될 수 있다. 반경 방향으로 내측으로 인장된 프리-텐션 요소의 경우에는 그러므로 넓혀질 수 없거나 또는 미미하게만 넓혀질 수 있다. 반경 방향으로 외측으로 인장된 프리-텐션 요소의 경우에는, 반경 방향으로 압축될 수 없거나 또는 미미하게만 압축될 수 있다. 상기 프리-텐션 요소는 그러므로 불변의 외부 또는 내부 단면을 포함한다. 그 결과, 상기 프리-텐션 요소의 엠보싱 구조는, 높은 국부적인 디테일 해상도로, 대응하는 밀봉 표면을 베어링하는 상기 밀봉 필름의 접촉 압력으로 변환될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 상기 프리-텐션 요소는 반경 방향으로 유연하게 탄성적으로 탄성 변형 가능하다 (그 자체로). 그 결과, 기계부가 회전할 때 불균형으로 인하여 유발되는 진동 또는 기계부가 병진 운동될 때의 편심은 반경 방향으로 강성인 프리-텐션 요소를 갖는 경우에서보다 효율적인 방식으로 완화 또는 상쇄될 수 있다. 대체로, 각각 이동된 기계부가 편심을 가질 때에도 밀봉 능력이 향상된다.
상기 프리-텐션 요소는 가장 단순한 구조의 경우 나선형 스프링 요소로서 구현될 수 있다. 다양한 재료로 생산되는 나선형 스프링 요소는 비용-효율적인 방식으로 상업적으로 가용하다. 이는 비용 및 생산의 장점을 제공하며, 상기 밀봉 장치를 특히 단순한 방식으로 조립할 수 있게 한다.
본 발명에 의하면, 상기 프리-텐션 요소는 플라스틱 재료, 특히, 열가소성 수지, 복합 재료 또는 심지어 금속으로 구성될 수 있다. 탄성 계수가 높은 재료를 사용함으로써 상기 프리-텐션 요소 자체가 반경 방향으로 탄성적으로 변형가능하게 구현될 수 있음은 자명하다.
본 발명에 의하면, 상기 밀봉 필름은 심리스 슬리브(seamless sleeve) 형태 또는 운드 슬리브(wound sleeve) 형태로 구현될 수 있다. 상기 심리스 슬리브는 상기 밀봉 표면을 베어링하는 상기 밀봉 필름의, 프리-텐션 요소의 엠보싱 구조에 의하여 야기되는, 접촉 압력 진행을 방해하는 어떠한 구조도 전혀 포함하지 않는 밀봉 필름 자체의 장점을 제공한다. 결과적으로, 상기 밀봉 필름은 무-장하 또는 무-장착 상태에서 그의 표면 상에 육안으로 보이는 구조(macroscopic structures)가 없게 된다.
상기 밀봉 디바이스는 지지 또는 유지부를 포함할 수 있고, 이러한 지지 또는 유지부는 상기 밀봉 필름 및 상기 프리-텐션 요소로부터 분리되어 있으며, 이러한 지지 또는 유지부에 의하여 상기 밀봉 디바이스가 상기 밀봉 유지 구조 상에 또는 내에 지지 및/또는 고정된다. 상기 지지 또는 유지부는 또한 상기 밀봉 필름의 일측 또는 양측 축방향 끝단부를 고정하는 역할을 할 수 있다. 본 발명에 의하면, 상기 지지 또는 유지부는, 상기 프리-텐션 요소가 반경 방향으로 강성으로 구현되는 경우, 특히 반경 방향으로 탄성적으로 변형 가능하게 형성될 수 있다. 그 결과, 이동하는 기계부의 편심을 보상할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 밀봉 필름은 상기 밀봉 유지 구조를 포함하는 상기 기계부의 방향에서 반경 방향으로 연장되는 바람직하기로는 적어도 하나의 끝단부를 포함한다. 이 경우, 상기 끝단부는 상기 밀봉 유지 구조 상에/내에 고정될 수 있다. 그 결과, 상기 밀봉 디바이스의 부유식 베어링 배열이 달성될 수 있다. 이는 상기 이동가능하게 장착된 기계부의 편심을 보상하는 것과 관련하여 특히 유익하다. 이에 더하여, 그 결과로 상기 밀봉 디바이스의 불필요한 동조가 방지된다.
상기 밀봉 필름의 끝단부는 리세스를 포함할 수 있으며, 상기 리세스에 의하여 상기 밀봉 갭의 고압측이 상기 밀봉 필름과 상기 프리-텐션 요소 및/또는 상기 지지 요소 사이에 배치된 공간에 유체적으로 연결될 수 있다. 그 결과, 상기 밀봉 필름의 압력-유도된 활성화가 달성가능하다. 이는, 특히, 상기 밀봉 장치가 유압 구동장치로써 사용될 때 유익하다.
상기 밀봉 디바이스가 반경 방향으로 내부적으로 밀봉을 구현하며 그러므로 상기 프리-텐션 요소가 반경 방향으로 내부적으로 인장되도록 구현된 경우, 상기 밀봉 필름은 상기 프리-텐션 요소의 환형 리세스를 통하여 적어도 부분적으로 연장된다. 이 경우, 상기 밀봉 필름은 축방향으로 적어도 부분적으로 상기 프리-텐션 요소를 커버할 수 있다. 이에 대한 대안으로, 상기 밀봉 디바이스는 반경 방향으로 외부적으로 밀봉하도록 구현될 수도 있다.
상기 밀봉 필름은, 특히, 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 탄성적으로 변형 가능한 다른 재료, 특히, 폴리올레핀으로 구성될 수 있다. 상기 밀봉 필름은 건식 윤활제, 특히, 흑연 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 입자를 포함하여 상기 밀봉 표면 상에서 그의 마찰 저항을 더욱 감소시킬 수 있다.
이에 대한 대안으로 또는 이에 추가적으로 상기 밀봉 표면을 포함하는 기계부가 상기 밀봉 표면의 영역에 슬라이딩 코팅을 포함할 수 있음은 자명하다.
본 발명에 의하면, 상기 2개의 기계부 중 하나는 회전축이 될 수 있고, 상기 2개의 기계부 각각의 나머지는 상기 회전축을 둘러싸는 하우징부 및/또는 베어링부가 될 수 있다. 이에 대한 대안으로, 상기 2개의 기계부 중 하나는 실린더로 될 수 있고, 상기 2개의 기계부 중 각각의 나머지는 상기 실린더 내에서 상기 이동축의 방향(전후방향)으로 병진 운동이 가능한 피스톤으로 될 수 있다.
본 발명은 도면에 재현된 예시적으로 실시 예로써 아래에 더욱 상세히 설명된다, 도면 중:
도 1은 탄성적으로 변형 가능한 밀봉 필름과 프리 텐션 요소를 포함하는 밀봉 디바이스가 마련된 밀봉 장치의 부분 단면도이며, 여기에서 상기 프리 텐션 요소는 나사산-형상 엠보싱 구조를 가지며, 상기 엠보싱 구조에 상응하는 접촉 압력 진행으로 밀봉 필름이 밀봉 표면에 대하여 가압된다;
도 2는 도 1에 따른 밀봉 장치와 유사한 밀봉 장치를 도시하는 것으로, 상기 밀봉 디바이스는 상기 프리-텐션 요소 용으로 별도의 지지부를 포함한다;
도 3은 상기 프리-텐션 요소가 나선형 스프링으로서 구현되는 또 다른 회전 밀봉 장치의 부분 단면도이다;
도 4는 상기 밀봉 필름이 리세스를 통하여 압력-균등하게 제공되는 밀봉 장치의 단면도를 도시한다; 및
도 5는 이동축을 따라 서로에 대하여 병진 운동 가능한 2개의 기계부를 갖는 또 다른 밀봉 장치의 부분 단면도를 도시하며, 여기에서 상기 프리-텐션 요소는 반경 방향으로 내측에 2개의 환형 비드를 포함하는 상기 밀봉 표면에 대하여 상기 밀봉 필름을 인장시킨다;
도 6은 밀봉 장치의 부분 단면도를 도시하며, 여기에서 상기 밀봉 장치는 이동축에 대하여 서로에 대하여 병진 운동 가능하도록 배열된 2개의 기계부 및 밀봉 디바이스를 가지며, 상기 밀봉 디바이스에서 프리-텐션 요소는 축방향으로 서로 이격되어 하나가 다른 하나의 뒤편에 배열되는 다수의 환형 비드를 갖는 엠보싱 구조를 내측에 포함하며, 상기 환형 비드 각각은 상기 프리-텐션 요소의 원주 방향으로 지그재그-형상의 진행을 포함하므로 그에 상응하는 지그재그-형상의 접촉 압력 진행으로써 상기 밀봉 필름이 상기 2개의 기계부 중 하나의 밀봉 표면을 베어링한다;
도 7은 도 6에 따른 밀봉 장치와 유사한 밀봉 장치의 부분 단면도로서, 여기에서 환형 비드 각각은구형 또는 둥근 단면 형태를 포함한다.
도 1은 회전 밀봉 장치로서 구현되는 밀봉 장치(10)를 도시한다. 상기 밀봉 장치(10)는 제 1 기계부(12) 및 제 2 기계부(14)로 이루어진다. 상기 2개의 기계부(12, 14)는 참조부호(16)로 지칭되는 이동축(즉, 회전축)에 대하여 서로에 대하여 회전 가능하도록 장착된다. 상기 제 1 기계부(12)는 여기에서 하우징으로서 구현되며, 상기 제 2 기계부(14)는 상기 하우징에 대하여 회전가능한 회전축으로서 구현된다. 그 자체로 주지된 방식대로, 상기 하우징은 상기 회전축에 대한 베어링 배열을 형성할 수 있으며, 그의 세부 사항은 도면에 도시되지 않는다. 상기 2개의 기계부(12, 14)는 반경 방향으로 서로 이격되도록 배열됨으로써, 상기 2개의 기계부(12, 14) 사이에 배열되는 밀봉 갭(18)을 구현한다. 밀봉 디바이스(20)는 상기 밀봉 갭(18)을 밀봉하는 역할을 한다. 상기 밀봉 디바이스는 프리-텐션 요소(22) 및 밀봉 요소를 포함하며, 상기 밀봉 요소는 반경 방향으로 상기 제 2 기계부(14)의 밀봉 표면(24)에 대하여 상기 프리-텐션 요소(22)에 의하여 가압된다. 상기 프리-텐션 요소(22)는 탄성적으로 변형가능하거나 (강하게) 또는, 이에 대한 대안으로, 반경 방향으로 강성으로 될 수 있다, 즉, 탄성적으로 변형이 불가능하거나 또는 미미하게만 탄성적으로 변형가능하다. 탄성적으로 변형 가능한 프리-텐션 요소(22)는 회전 가능하게 장착된 기계부(14)의 편심이 보상되어야 할 때마다 선호된다.
상기 밀봉 요소는 탄성적으로 변형 가능한 밀봉 필름(26)에 의하여 형성된다, 즉, 필름 밀봉 요소로서 구현된다. 상기 밀봉 필름(26)은 무-장하 또는 무-장착 상태에서 어느 일 측에 육안으로 보이는 구조(macroscopic structures)가 없는 매끄러운 표면을 포함한다. 상기 밀봉 필름(26)은, 특히, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 또는 다른 적합한 밀봉 재료, 예를 들면 폴리올레핀으로 구성될 수 있다. 상기 밀봉 필름(26)은 0.1 내지 2 밀리미터를 넘지 않는 두께(28)로 이루어진다. 이 경우, 상기 밀봉 필름(26)의 두께(28)는, 특히, 상기 이동가능하게 장착된 기계부(14)의 직경(D)에 매치될 수 있고, 바람직하기로는 상기 이동가능하게 장착된 기계부(14)의 직경(D)의 100분의 1을 넘지 않는다.
상기 밀봉 필름(26)은 심리스 슬리브의 형태로 존재한다. 상기 밀봉 필름(26)의 끝단부(30)는 밀봉 칼라(sealing collar)의 의미로 각지게 구부러지고 상기 제 1 기계부(12)의 방향에서 상기 밀봉 표면(24)으로부터 반경 방향 외측으로 연장된다.
상기 제 1 기계부(12)는 상기 밀봉 디바이스(20)를 상기 제 1 기계부(12) 상에 회전-불가능하게 고정하기 위한 역할을 하는 홈-형상 밀봉 유지 구조(32)를 포함한다. 도 1에 나타낸 예시적인 실시 예의 경우, 단지 상기 밀봉 필름(26)만이 그의 끝단부(30) 또는 밀봉 칼라에 의하여 상기 밀봉 유지 구조(32) 상에 또는 내부에 클램핑 방식으로 배열된다. 그 결과, 상기 밀봉 갭(축방향으로)의 신뢰성 있는 밀봉이 확보된다. 상기 밀봉 필름(26)이 그의 단부면으로 상기 프리-텐션 요소(22)를 직접적으로 베어링 가능하다는 것은 자명하다.
상기 프리-텐션 요소(22)는 그의 내주면(34)으로 상기 밀봉 필름(26)을 직접적으로 베어링하며 상기 밀봉 필름을 반경 방향으로 상기 제 2 기계부(14)의 밀봉 표면(24)에 대하여 가압한다.
상기 프리-텐션 요소(22)의 원주면(34)은 상기 밀봉 필름 측에 엠보싱 구조(36)를 포함한다. 상기 밀봉 필름 측에서, 상기 프리-텐션 요소(34)는 따라서 매끄러운 쉘 표면으로부터 벗어나는 토포그래피(표면)를 포함한다. 이 경우에, 상기 프리-텐션 요소(22)의 엠보싱 구조(36)는 나사산 팁(38)을 갖는 나사산(37) 및 단일의 나사산 또는 단일의 나사산 홈(40)으로서 구현된다. 상기 나사산(37)의 나사산 홈(40)은 상기 2개의 기계부(12, 14)의 이동축(16)에 대하여 축방향으로 다중의 전 권선(41)으로 연장된다. 상기 나사산(37)가 멀티-스타트 방식으로 구현될 수도 있다는 것은 자명하다. 이 경우, 상기 나사산(37)은 그러므로 다중 나사산 홈(40)을 포함하며, 상기 다중 나사산 홈(40)은 상기 이동축(16) 주위로 나선형 방식으로 서로 평행하게 연장되도록 배열된다. 상기 프리-텐션 요소(22)는 상기 밀봉 필름(26)에 대한 방사상 접촉 압력으로 인하여 탄성 변형 가능한 밀봉 필름(26) 내로 그의 엠보싱 구조(36)로써 엠보싱된다. 그 결과, 상기 밀봉 필름(26)은 반경 방향으로 또는 상기 나사산 홈(40) 내측에 배치되는 상기 나사산 홈(40)을 커버하는 영역에서보다 상기 프리-텐션 요소(22)의 나사산(37)의 나사산 팁(38)을 커버하는 영역에서 더욱 강하게 상기 제 2 기계부(14)의 밀봉 표면(24)에 방사형으로 가압된다. 그 결과, 대체로, 상기 밀봉 필름(26)은 상기 엠보싱 구조(36)에 상응하는 나사산-형상 표면 압력 진행 또는 접촉 압력 진행(42)으로써 상기 제 2 기계부(14)의 원통형의 밀봉 표면(24)을 베어링한다. 여기에서, 상기 프리-텐션 요소(22)의 나사산-형상으로 된 상기 엠보싱 구조(36)는 그러므로 상기 밀봉 필름(26)의 접촉 압력 진행(42)의 형태로 상기 밀봉 표면(24) 상에 재현된다. 상기 접촉 압력 진행(42)은 도 1에 그래픽으로 파선으로 도시된다. 라인들의 공간적 밀도는 단위 면적당 상기 밀봉 표면(24)에 대한 상기 밀봉 필름(26)의 각각의 접촉 압력의 정도와 관련이 있다. 상기 밀봉 표면에 대한 상기 밀봉 필름의 나사산-형상 또는 나선형 접촉 압력 진행(42)의 결과, 상기 밀봉 갭 내에 배치되는 유체, 예를 들면, 윤활유는 - 상기 제 2 기계부(14)의 회전 방향에 따라 - 축방향으로 상기 밀봉 필름(26)과 상기 밀봉 표면(24) 사이에서 상기 밀봉 디바이스(20)의 2개 측부(S 1 , S 2 ) 중 하나에로 다시 반송된다, 즉, 축 방향으로 후퇴된다. 상기 유체, 즉, 상기 윤활유가 상기 밀봉 디바이스의 우측부(S2)에 저장되면, 상기 측부(S1)에 유출된 유체는 운동방향(R)으로 상기 제 2 기계부(14)가 회전하는 결과로 축방향으로 상기 밀봉 디바이스(10)의 제 2 측부(S2)에로 다시 반송될 수 있다.
상기 밀봉 표면(24)에 대한 상기 밀봉 필름(26)의 접촉 압력 진행(42)과 상기 프리-텐션 요소의 엠보싱 구조(36)와의 상관관계는 상기 프리-텐션 요소(22)의 탄성 변형성, 상기 밀봉 필름(26)의 두께(28)에 반비례하며 상기 밀봉 필름의 변형성에 비례한다. 그러므로, 상기 프리-텐션 요소(22)는, 상기 프리-텐션 요소에 의하여 적용되는 단위 면적당 반경 방향 인장력 및 그의 탄성 변형성에 관련하여, 상기 밀봉 필름(26)의 두께(28) 및 변형성에 매치된다.
상기 프리-텐션 요소(22)는 적합한 플라스틱 재료, 특히 열가소성 수지, 복합 재료 또는 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 프리-텐션 요소는, 예를 들면, 사출 성형 부품 또는 3D 인쇄로 생성된 부품으로서 실현될 수 있다.
도 2는 또 다른 밀봉 장치(10)를 도시한다. 상기 밀봉 장치(10)는, 상기 프리-텐션 요소(22) 및 상기 밀봉 필름(26)과 함께, 지지 요소(44)를 추가로 포함한다는 점에서 도 1과 관련하여 상술한 상기 밀봉 장치(10)와 상이하며, 상기 지지 요소(44)는 나머지 구성 요소와 분리되어 구현되며, 상기 지지 요소(44)에 의하여 상기 프리-텐션 요소(22)가 상기 제 1 기계부(12)에 반경 방향으로 지지된다. 상기 지지 요소(44)는 상기 제 1 기계부(12)의 밀봉 유지 구조 내에/상에 고정될 수 있다.
도 3은 또 다른 밀봉 장치(10)를 도시하는데, 상기 밀봉 장치(10)는 상기 프리-텐션 요소(22)가 나선형 스프링으로서 구현된다는 점에서 도 1에 도시된 상기 밀봉 장치(10)와 실질적으로 상이하다. 상기 제 2 기계부(14)는 축방향으로 하나 뒤에 다른 하나가 놓이도록 배열되는 상기 나선형 스프링의 권선(41)을 통하여 연장된다. 상기 나선형 스프링은 바람직하기로는 금속으로 이루어지나 플라스틱 재료로 형성될 수도 있다. 상기 나선형 스프링은 상기 회전 밀봉 장치(10)가 특히 간단한 방식으로 조립될 수 있도록 한다. 더욱이, 나선형 스프링은 임의의 크기 및 다양한 특성 곡선으로 상업적으로 가용하므로, 상기 회전 밀봉 장치를 저비용으로 생산할 수 있다. 상기 밀봉 디바이스(20)가 상기 탄성적으로 변형 가능한 밀봉 필름(26)을 통하여 상기 제 1 기계부(12)의 밀봉 유지 구조(32) 상에 배타적으로 고정된다는 사실로 인하여, 상기 밀봉 디바이스(20)는 전체적으로 부유식으로 장착된다. 이는 상기 제 2 기계부(14)의 편심(방사상 운동)을 보상할 수 있게 한다. 이에 더하여, 그 결과로, 상기 2개의 기계부(12, 14)의 축방향 배향 상대 운동은 상기 밀봉 디바이스(20)의 밀봉 성능을 저해하지 않으면서도 상기 밀봉 디바이스(22)에 의하여 흡수될 수 있다.
도 4는 또 다른 밀봉 장치(10)의 단면을 도시하는데, 상기 밀봉 장치(10)는 상기 밀봉 필름(26)이 그의 축방향 끝단부(30) 영역에서 (관통)리세스(46)를 포함한다는 점에서 도 2에 도시된 상기 밀봉 장치(10)와 실질적으로 상이하다. 참조부호(48)로 지칭되는 상기 밀봉 장치(10) 또는 상기 밀봉 갭의 고압측에서 상기 밀봉 갭 내에 배치되는 유체에 압력이 가해지면, 상기 유체는 상기 리세스(46)를 통하여 축방향으로 상기 밀봉 필름(26)과 상기 프리-텐션 요소(22) 사이에 배열된 환형 공간(50) 내로 흐를 수 있다. 그 결과, 상기 밀봉 필름(26)의 반경 방향으로-연장된 끝단부(30) 위에서 원치 않는 압력 구배가 회피가능하며, 즉, 압력 균등화를 달성할 수 있다. 이에 더하여, 상기 밀봉 필름(26)은 압력-활성화될 수 있다, 즉, 상기 제 2 기계부(14)의 밀봉 표면(24)에 대하여 가압된 유체에 의하여 반경 방향으로 추가로 가압될 수 있다. 상기 밀봉 장치(10)가 고압 적용에 이용될 때, 상기 밀봉 필름(26)이 밀봉 방식으로 완전히 기능하도록 보장하기 위하여, 상기 프리-텐션 요소(22)의 나사산은 반경 방향 원주 밀봉 또는 환형 비드(52) 내에 일단부가 병합될 수 있다. 여기에서, 상기 환형 비드(52)는 반경을 갖는 대칭 단면을 포함한다.
도 5는 부분적으로 노출된 밀봉 장치(10)를 도시하며, 상기 밀봉 장치(10)는 상기 프리-텐션 요소가 환형 비드(52)를 갖는 엠보싱 구조(36)를 포함한다는 점에서 도 1에 도시된 상기 밀봉 장치와 실질적으로 상이하다. 상기 밀봉 표면(24)에 대한 상기 밀봉 필름(26)의 각각의 바람직한 접촉 압력 진행(42)을 설정하기 위하여, 상기 환형 비드는 그의 높이(54), 그의 축방향 폭(56), 상기 밀봉 표면(24)에 대한 그의 측부 플랭크(58)의 각각의 플랭크 각(α, β) 및 그의 플랭크 형태(구면 대 평면)에 관련하여 다양하게 설계될 수 있다. 여기에서, 도시된 상기 기계부(14)는 도 5에 도시되지 않은 방경 방향 외측 기계부에 대하여 병진 운동 방식으로 이동가능하다. 여기에서, 상기 밀봉 장치의 제 1 측부(S1)를 향하는 상기 환형 비드(52)의 측부 플랭크(58)의 제 1 플랭크 각(α)은 각각 상기 밀봉 장치 또는 밀봉 디바이스의 제 2 측부(S2)를 향하는 상기 환형 비드(52)의 측부 플랭크(58)의 제 2 플랭크 각(β) 보다 작음을 보장하도록 주의를 기울여야 한다. 그러므로, 상기 환형 비드(52)는 비대칭 단면을 포함한다. 상기 제 2 기계부(14)가 상기 제 1 기계부(도시 않됨)에 대하여 상기 운동방향(R)으로 이동될 때, 상기 제 1 측부(S1)에서 상기 밀봉 갭(18) 내에 배치되는 유체는 그 결과 상기 제 2 측부(S2)를 향하여 축방향으로 다시 반송될 수 있다.
도 6은 밀봉 장치(10)를 도시하며, 여기에서 상기 제 2 기계부(14)는 상기 제 1 기계부(도시 않됨; 도 1 참조)에 대하여 상기 이동축(16)을 중심으로 회전 조정가능하다. 상기 프리-텐션 요소(22)의 엠보싱 구조의 환형 비드(52) 각각은 상기 밀봉 표면(24)에 대하여 다양한 플랭크 각(α, β)으로 경사지게 배열되는 측부 플랭크(58)를 포함한다. 상기 제 2 기계부(14)가 상기 이동축(16)에 대하여 회전 조정될 때 상기 밀봉 장치(10)의 제 1 측부(S1)로부터 제 2 측부(S2)로 상기 밀봉 갭(18) 내에 배열된 유체의 복귀-반송을 가능하게 하기 위하여, 여기에서는 상기 프리-텐션 요소(22)의 환형 비드(52)가 상기 프리-텐션 요소(22)의 원주 방향으로 지그재그-형상으로 된 진행을 포함한다. 상기 2개의 기계부(12, 14)가 서로에 대하여 병진 운동 조정가능한 때에도 도 6에 도시된 밀봉 장치의 경우 유체의 복귀-반송이 이루어질 수 있다는 것은 자명하다.
도 7에 도시된 밀봉 장치(10)에 의하면, 상기 환형 비드(52)는 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 구형 비대칭 단면을 포함할 수 있다. 상기 도면에 상세히 도시되지 않은 예시적인 실시 예에 의하면, 상기 밀봉 장치는 또한 반경 방향으로 외부적으로 밀봉하는 밀봉 디바이스(22)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 밀봉 필름(26)은 반경 방향 외측 기계부(12)의 밀봉 표면(24)에 대하여 반경 방향 외측으로 인장된다.
10 밀봉 장치
12, 14 기계부
16 이동축
18 밀봉 갭
20 밀봉 디바이스
22 프리-텐션 요소
24 밀봉 표면
26 밀봉 필름
28 두께
30 끝단부
32 밀봉 유지 구조
34 원주면
36 엠보싱 구조

Claims (14)

  1. 이동축(16) 주위로 또는 이동축(16)에 대하여 서로를 향하여 이동 가능하도록 배열된 2개의 기계부(12, 14)로서, 상기 2개의 기계부(12, 14) 중 하나는 밀봉 유지 구조(32)를 구현하며 각각의 나머지 기계부(12, 14)는 밀봉 표면(24)을 구현하는, 상기 2개의 기계부(12, 14)를 갖는 밀봉 장치(10)로서,
    상기 2개의 기계부(12, 14) 사이에 구현되는 밀봉 갭(18)의 동적 밀봉을 위한 밀봉 유지 구조(32) 상에/내에 지지되는 밀봉 디바이스(20)를 가지며, 상기 밀봉 디바이스(20)는 밀봉 요소 및 프리-텐션 요소(22)로 이루어지고, 상기 프리-텐션 요소(22)는 상기 밀봉 요소로부터 분리되어 있고 이러한 프리-텐션 요소에 의하여 상기 밀봉 요소는 각각의 나머지 기계부(12, 14)의 밀봉 표면(24)에 대하여 반경 방향으로 인장되며,
    상기 밀봉 요소는 탄성적으로 변형 가능한 밀봉 필름(26)에 의하여 형성되고, 상기 프리-텐션 요소(22)는 상기 밀봉 필름 측에 나사산(37) 또는 환형 비드(52)의 형태로 엠보싱 구조(36)를 형성하며, 상기 나사산(37)은 상기 2개의 기계부(12, 14)의 이동축(16)에 대하여 적어도 하나의 전 권선(full winding)(41)으로 연장되는 나사산 홈(40)을 포함하고 상기 환형 비드(52)는 상기 밀봉 표면(24)에 대하여 다양한 플랭크 각(α, β)으로 경사지게 배열되는 제 1 및 제 2 플랭크(58)를 포함하며, 상기 엠보싱 구조(36)는 상기 밀봉 필름(26) 내로 가압되어, 상기 프리-텐션 요소(22)의 엠보싱 구조(36)에 상응하는 접촉 압력 진행(42)으로 상기 밀봉 필름(26)이 상기 밀봉 표면(24)을 베어링함을 특징으로 하는 밀봉 장치(10).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 나사산(27)은 멀티-스타트임을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 환형 비드(52)는 상기 프리-텐션 요소(22)의 원주 방향으로 물결 모양 또는 지그재그 형태의 진행을 포함함을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  4. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리-텐션 요소(22)는 반경 방향으로 탄성적으로 변형 가능하도록 또는 강성으로, 즉, 그의 단면에 대하여 실질적으로 변형-불가능하도록 구현됨을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 프리-텐션 요소(22)는 나선형 스프링으로서 구현됨을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  6. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리-텐션 요소(22)는 플라스틱 재료, 복합 재료, 엘라스토머 재료 또는 금속으로 이루어짐을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  7. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 필름(26)은 심리스 슬리브의 형태로 구현됨을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  8. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 디바이스(20)는 지지 요소(44)를 포함하며, 상기 지지 요소(44)에 의하여 상기 프리-텐션 요소(22)는 상기 밀봉 유지 구조(32)를 포함하는 기계부(12, 14)에 고정 및/또는 지지됨을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  9. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 필름(26)은 끝단부(30)를 포함하며, 상기 끝단부(30)는 상기 밀봉 유지 구조(32)를 포함하는 상기 기계부(12, 14)의 방향으로 반경 방향으로 연장되고 바람직하기로는 하나의 기계부의 밀봉 유지 구조 상에 고정됨을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 밀봉 필름(26)의 끝단부(30)는 리세스(46)를 포함하며, 상기 리세스(46)에 의하여 상기 밀봉 갭의 고압측은 상기 밀봉 필름(26)과 상기 프리-텐션 요소(22) 및/또는 상기 지지 요소(44) 사이에 배치된 공간(50)에 유체적으로 연결됨을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  11. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 필름(26)은 폴리테트라플루오로에틸렌 또는 탄성적으로 변형 가능한 다른 재료, 특히 폴리올레핀으로 이루어짐을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  12. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 필름(26)은 0.15mm 내지 2mm 사이의 두께(28)를 포함하며, 상기 두께(28)는 바람직하기로는 상기 이동 가능하게 장착된 기계부(12, 14)의 직경(D)을 향하여 배향됨을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  13. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉 디바이스(20)는 반경 방향으로 내부적 밀봉 또는 외부적 밀봉에 의하여 실현됨을 특징으로 하는 밀봉 장치.
  14. 선행 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 기계부(12, 14) 중 하나는 회전축 또는 병진 운동 가능한 피스톤이며, 상기 2개의 기계부 중 상기 각각의 나머지는 상기 회전축/상기 피스톤을 둘러싸는 하우징 및/또는 베어링부임을 특징으로 하는 밀봉 장치.
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