KR20190011760A - 압력-작동가능한 회전 씰을 구비한 회전 씰 조립체, 및 회전 씰(Rotary Seal assembly with pressure-activatable rotary seal, and rotary seal) - Google Patents

압력-작동가능한 회전 씰을 구비한 회전 씰 조립체, 및 회전 씰(Rotary Seal assembly with pressure-activatable rotary seal, and rotary seal) Download PDF

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맨디 윌크
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트렐레보르크 씰링 솔루션즈 저머니 게엠베하
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Abstract

본 발명은 회전 씰 조립체(10)의 저압측(N)으로부터 고압측(H)을 밀봉하기 위하여 회전 씰(24)을 포함하는 회전 씰 조립체(10)에 대한 것이다. 회전 씰은 고무 탄성 재료로 제조된 조립체 슬리브(34)와 씰 에지(44)를 가진 하나 이상의 압력-작동가능한 회전 씰 요소(38)를 가진다. 고압측(H)과 상기 저압측(N) 사이의 정해진 압력 차이 값(PDiff)이 초과될 때, 회전 씰의 요소의 씰 에지는 기계 부품(12, 14)의 씰 표면(40)에 대해 밀봉되게 접하여 지지되므로, 고무 탄성 조립체 슬리브 위에 탄성적으로 지지되는 지지 요소(46)를 직접 변위시킬 수 있다. 정해진 압력 차이값(PDiff)이 저하하면, 지지 요소(46)는 고압측(H) 방향으로 축방향 후방으로 이동되므로 회전 씰 요소(38)의 씰 에지(44)는, 회전 씰 요소(38)가 접촉 표면 압력 없이 또는 접촉 표면 압력 없이 씰 표면(40)에 접촉하여 지지되고 또는 씰 표면(40)으로부터 일정 거리에 배치되는 씰 에지 휴지 위치로 후방으로 이동된다. 본 발명은 부가적으로 그러한 회전 씰 조립체(10)용 회전 씰(24)에 대한 것이다.

Description

압력-작동가능한 회전 씰을 구비한 회전 씰 조립체, 및 회전 씰(Rotary Seal assembly with pressure-activatable rotary seal, and rotary seal)
본 발명은 압력-작동가능한(pressure-activatable) 회전 씰을 가지는 회전 씰 조립체에 대한 것이고, 및 이러한 유형의 회전 씰에 대한 것이다. 하나 이상의 회전 또는 진동 기계 부품를 가지는 회전 씰 조립체는 시스템에서 윤활 액체를 유지하고 먼지와 수분의 침입을 방지하기 위하여 일반적으로 회전 씰로 알려진 것을 포함한다. 더욱이, 회전 씰에 의하여 유체에 의하여 가압될 수 있는 고압측을 저압측으로부터 밀봉할 수 있고, 예컨대, 회전 유니온으로서 사용될 수 있다. 이러한 유형의 회전 유니온에 의하여, 가압 유체가 고정 기계 부품와 회전가능하게 장착된 기계 부품 사이에서 전달될 수 있다.
기능적인 측면에서, 영구적으로 밀봉하는 회전 씰의 경우, 실제 사용된 회전 씰은 영구적인 밀봉 시스템과 예컨대 미국 특허 제5,174,839호에 개시된 바와 같은, "압력-작동가능한" 시스템으로 구분될 수 있으며, 사용된 회전 씰 요소들의 밀봉 에지는 고압측을 신뢰성 있게 밀봉하기에 필요한 접촉 표면 압력에서 회전 씰 조립체의 두 기계 부품들의 하나의 관련된 밀봉 표면에 영구적으로 지지된다. 따라서, 회전 씰들은 증가된 기계적이고 열적인 마모를 적용받는다. 이것은 특히 중요한 용도들에서 그리고 회전 씰들이 긴 사용 수명을 가지는 것이 필요할 때 문제이다. 실제로, 따라서, 필요시 회전 씰 요소의 밀봉 에지가 두 개의 기계 부품들의 하나의 연관된 밀봉 표면에 대해 접촉하도록 단지 압력-작동되는 회전 씰이 구성된다. 이것은 일반적으로 회전 씰에 의하여 밀봉되도록 고압측을 가압함으로써, 즉, 압력 매체에 의하여 제어된 방식으로 이루어진다. 따라서, 회전 씰은 비교할만한 영구적인 밀봉 시스템보다 상당히 더 긴 사용 수명을 가질 수 있다.
압력-작동가능한 회전 씰을 가지는 회전 씰 조립체는, 예컨대, EP 2 529 134 B1으로부터 공지된다. 공지의 회전 씰 조립체는 회전 유니온으로 설계된다. 회전 씰 요소들은 각각 지지 요소 위에 저압 측면 위에 지지되는 고무-탄성적으로 변형가능한 지지체에 대해 직접 접촉 지지된다. 밀봉될 고압 또는 회전 유니온 영역의 비가압 상태에서, 회전 씰 요소의 밀봉 에지는 지지체에 의하여 밀봉 표면으로부터 멀어지게 밀어지고 밀봉 표면으로부터 이격되거나 또는 무시할정도록 작은 접촉 표면 압력에서 밀봉 표면에 대해 지지됨으로써 비작동 상태로 유지된다. 회전 씰이 신뢰성 있게 기능하도록, 고무-탄성적으로 변형가능한 지지 요소가 매우 정확하게 설계되는 것이 매우 중요하다. 이것은 제조 측면에서 매우 필요하고 따라서 매우 고가이다. 더우기, 시스템이 가압될 때, 마찰 접촉이 지지체와 회전 씰 요소 사이에 형성되어, 가능하면, 회전 씰의 응답성이 감소할 수 있다. 게다가, 기계 부품의 편심성에 의하여 회전 씰이 기능적으로 손상될 수 있다. 공지의 회전 씰 조립체가 종래와 같이 예컨대, EP 2 655 941A1에서 제시된 바대로 장착을 단순화하기 위하여 공지의 강으로 제조된 장착 슬리브에 배치되면, 씰 유지 구조를 포함하는 기계 부품로부터 금속 장착 스리브가 신뢰성 있게 정적으로 확실히 밀봉되도록 추가적인 씰 요소들을 제공하는 것이 또한 일반적으로 필요하다.
따라서, 기계 부품가 편심이고 제조 및 동시에 조립하는 것이 더욱 간편하더라도, 또한 본 발명에 의하여 제공된 압력-작동가능한 회전 씰과, 더욱 양호한 응답성과 밀봉 성능을 가지는 회전 씰 조립체를 제공하는 것이 필요하다.
회전 씰 조립체에 관한 문제는 청구범위 1에 기재된 특징을 가지는 회전 씰 조립체에 의하여 해소된다. 본 발명에 따른 회전 씰은 청구범위 20에 기재된 특징을 가진다. 본 발명의 유익한 진전은 상세한 설명과 종속 청구범위들에 기재된다.
본 발명에 따른 회전 씰 조립체는 제1 기계 부품에 대해 회전축 둘레로 회전가능한(회전하도록 장착된) 제2 기계 부품와 제1 기계 부품을 포함한다. 두 기계 부품들의 하나는 씰 유지 구조를 포함하고, 다른 기계 부품는 밀봉 표면을 포함한다. 압력-작동가능한 회전 씰은 씰 유지 구조 위에 배치된다. 회전 씰에 의하여 회전 씰 조립체의 저압측(N)으로부터 고압측(H)을 밀봉할 수 있고, 회전 씰은 고무-탄성 재료로 제조된 장착 슬리브와 장착 슬리브 위 또는 안에 배치된 하나 이상의 회전 씰 요소를 포함한다. 특히, 회전 씰 요소는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE)과 같은 점소성(viscoplastic) 재료 또는 점소성 복합 재료로 구성될 수 있다. 특히, 고무-탄성적으로 변형가능한 장착 슬리브는 고무 또는 합성 고무로 구성될 수 있다. 장착 슬리브의 재료는 강화, 특히, 섬유-강화될 수 있는 것은 분명하다. 회전 씰 요소는 장착 슬리브로부터 밀봉 표면, 예컨대, 회전가능한 기계 부품의 밀봉 표면을 향하여 멀어지게 연장한다.
회전 씰 요소는 방사상 씰 요소 또는 축방향 씰 요소로서 설계될 수 있다. 전자의 경우, 회전 씰 요소는 환형이고 장착 슬리브로부터 방사상으로 멀어지게 연장한다. 후자의 경우, 회전 씰 요소는 장착 슬리브로부터 축방향으로 멀어지게 연장한다. 회전 씰 요소는 자유 단부 또는 장착 슬리브로부터 멀리 향하는 자유 단부 부분 위에 하나 이상의 밀봉 에지를 포함한다.
회전 씰은 추가로 저압측에서 직접 또는 간접적으로 고무-탄성적으로 변형가능한 장착 슬리브의 탄성적으로 변형가능한 지지 영역에 대해 접촉 지지되는 지지체를 포함한다. 저압측 측면에서, 회전 씰 요소는 지지체 위에 직접 지지되므로 회전 씰 요소의 밀봉 에지는, 비압력-작동 상태에서 밀봉 에지가 wjjqchr 표면 압력 없이 또는 접촉 표면 압력 없이 밀봉 표면으로부터 이격되거나 또는 밀봉 표면에 접촉 지지되는 비작동 위치에 배치된다. 후자의 경우, 회전 씰 요소의 밀봉 에지는, 상기 밀봉 에지가 상당한 열적 그리고 기계적인 부하를 적용받지 않는 낮은 접촉 표면 압력에서 밀봉 표면에 대해 접촉 지지된다. 이 경우, 밀봉 에지의 접촉표면 압력은 회전 씰 요소의 가압되거나 또는 압력-작동된 작동 상태에서 밀봉 표면에 대해 밀봉 에지가 접촉 지지되는 접촉표면 압력의 10%보다 작다. 비가압 상태에서, 그 밀봉 에지와 함께, 회전 씰 요소는 따라서 서두에서 설명된 공지의 회전 씰 조립체와 대조적으로 지지체에 의하여 비작동 위치에 직접 유지된다. 회전 씰 요소는 지지체 위에 직접 접촉 지지되는 것을 유의하여야 한다.
고압측(H)과 저압측(N) 사이의 특정 압력 차이 값(PDiff)이 초과될 때, 회전 씰 요소에 의하여 지지체는 상기 저압측(N)을 향하여 이동되고(밀봉 갭을 따라), 이로써 고무-탄성 장착 슬리브의 지지 영역은 탄성적으로 변형하므로, 회전 씰 요소의 밀봉 에지는 밀봉 표면에 대항하여 밀봉되도록 가압된다. 이와 같이 회전 씰 요소는 그의 밀봉 에지에 의하여 특정 밀봉 시트에서 밀봉 표면에 위치된다. 방사상으로 밀봉하는 회전 씰 요소의 경우, 즉, 방사상 씰 요소로서 설계된 회전 씰 요소의 경우, 따라서 지지체는 회전 축에 대해 축 방향으로 저압측을 향하여 이동될 수 있다. 축방향으로 밀봉하는 회전 씰 요소의 경우, 따라서 회전 씰은 회전축에 대해 방사상으로 이동될 수 있다. 고압측이 가압될 때, 따라서 회전 씰 요소는 각 경우에 밀봉 표면에 평행인 방향으로 회전 씰 조립체의 저압측을 향하여 지지체를 변위시키므로, 회전 씰 요소의 밀봉 에지는 밀봉 표면에 대해 밀봉되도록 접촉 지지할 수 있다. 가압 작동 상태에서, 회전 씰 요소의 밀봉 에지는 회전 씰 조립체의 고압측(H)에 존재하는 (유체) 압력(PH)에 비례하는 압력에서 밀봉 표면에 대해 가압된다.
특정 압력 차이 값이 아래로 저하하면, 상기 지지 영역은 그 형상을 탄성적으로 회복하고, 이로써 지지체는 상기 고압측(H)을 향하여 복귀 이동한다. 따라서, 회전 씰 요소의 밀봉 에지는 밀봉 표면에 대항하여 밀봉 에지의 밀봉되게 접촉 지지되는 위치로부터 벗어나 이동하거나 또는 밀봉 에지의 마모-유발 접촉 표면 압력이 제거된다. 회전 씰은 이와 같이 지지체에 의하여 고무-탄성적으로 변형가능한 지지 영역으로부터 공간상으로 분리되므로, 탄성 복원력에 의하여 회전 씰은 그의 비작동 위치로 복귀 이동한다. 따라서, 회전 씰의 응답성은 공지의 회전 씰 조립체에 비해 더욱 향상될 수 있다. 회전 씰 요소와 지지 영역의 고무-탄성적으로 변형가능한 소재 사이의 바람직하지 않은 마찰 효과는 제거된다. 더우기, 지지체에 의하여 회전 씰 요소는 향상된 횡방향 안내가 실행될 수 있다. 더우기, 회전 씰 요소는 두 개의 기계 부품들 사이의 병진 상태 운동, 특히 방사상으로 밀봉하는 회전 씰의 경우의 회전가능한 기계 부품의 편심을 보다 효과적으로 보충할 수 있다. 더우기, 그의 고무-탄성 재료 특성에 기인하여 장착 슬리브는 또는 제1 기계 부품의 씰 유지 구조 위/안에서 그의 밀봉 시트에 자체-밀봉적으로 배치되는 것에 유의하여야 한다. O-링, 등과 같은 추가적인 씰 요소들이 씰 유지 구조를 포함하는 기계 부품으로부터 장착 슬리브가 정적으로 밀봉되기 위하여 더 이상 필요하지 않는다. 결국, 이와 같이 간단하고 비용-절감식으로 회전 씰 조립체를 제조 및 조립할 수 있다.
본 발명에 따르면, 지지체는 점소성의 변형가능한 재료로 구성되거나 또는 강성체로 설계될 수 있다.
전자의 경우, 지지체는 적어도 부분들로 변형될 수 있고 이로써 회전 씰이 압력 작동될 때 저압측을 향하여 이동될 수 있다. 이 경우, 전체 지지체의 중첩된 병진 운동이 전적으로 가능하다. 고무-탄성 장착 보조구의 지지 영역이 탄성적으로 위에 설명된 바와 같이 그 형상을 복원하고, 역으로 발생한다.
후자의 경우, 지지체는 변형할 수 없고, 또는 회전 씰 조립체가 작동될 때 단지 발생하는 (압축)힘에 의하여 무시할만한 정도로 변형될 수 있다. 특히, 지지체는 플라스틱 재료, 금속 또는 기능상 세라믹으로 구성될 수 있다. 회전 씰 또는 그의 회전 씰 요소가 축방향으로 밀봉하도록 설계되면, 강성체로 설계된 지지체는 다수 부분이다. 이와 같이, 세그먼트들, 특히 지지체의 링 절반부들은 회전 씰 요소가 압력-작동되고 그의 복원 위치로 복귀되도록 회전축에 대해 방사상으로 서로에 대해 병진운동할 수 있다.
지지체와 회전 씰 요소는 모두 고무-탄성적인 장착 슬리브 내 또는 위에 느슨하게 배치될 수 있다. 이로써 제조 측면에서 소정의 이점이 얻어지며 회전 씰 또는 회전 씰 조립체를 간단하게 장착할 수 있다. 더우기, 회전 씰 요소가 마모되면, 필요에 따라 회전 씰 요소만을 새로운 회전 씰 요소로 효과적으로 교체할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고무-탄성 장착 슬리브는 효과적으로 회전 씰 요소에 관련해서 저압측을 향하여 경사지게 배치되는 역동적인 밀봉 립 또는 하나 이상의 역동적으로 밀봉하는 씰 요소를 포함한다. 씰 요소 또는 밀봉 립은 제2 기계 부품이 밀봉 표면에 대해 영구적으로, 즉, 회전 씰 조립체의 가압 및 비가압 작동 상태에서 접촉 지지된다. 특히, 밀봉 립은 장착 슬리브 위에 일체로 형성되고, 즉, 그와 하나의 부재로 형성될 수 있다. 씰 요소 또는 밀봉 립은 장착 슬리브 위에 일체로 형성될 수 있고, 즉, 그와 하나의 부재로 형성될 수 있다. 씰 요소 또는 밀봉 립은 예컨대 오일 씰 또는 "와이퍼"일 수 있다. 이와 같이, 고압측으로 진입하는 먼지로부터 회전 씰 조립체를 더욱 양호하게 보호할 수 있다.
본 발명의 바람직한 진전에 따르면, 지지체는 밀봉 표면과 관련해서 또는 α<90°의 예각(α)에서 방사상 씰 요소로 설계된 회전 씰 요소의 경우 회전축에 관련해서 경사지게 연장하는 고압측 측면에 측면 플랭크(턱부)를 가진다. 이와 같이, 제2 기계 부품의 밀봉 표면으로부터 멀어지게 향하는 힘이 상기 회전 씰 요소의 밀봉 에지를 상기 설명한 비작동 위치로 이송하기 위하여 지지체에 의하여 회전 씰 요소 위에 가해질 수 있으며, 여기서 밀봉 에지는 밀봉 표면으로부터 이격되거나 또는 상당한 접촉 표면 압력 없이/접촉 표면 압력 없이 밀봉 표면에 대해 접촉 지지된다.
본 발명의 특히 바람직한 진전에 따라, 지지체는 회전 씰 요소를 지나 회전 씰 조립체의 비가압 상태의 밀봉 표면을 향하여 돌출함으로써 이중 기능을 완성할 수 있다. 두 기계 부품들의 하나, 특히 밀봉 표면을 포함하는 기계 부품이 편심이면, 지지체는 정지부로서 기능할 수 있고 이로써 회전 씰 요소가 예컨대 손상되는 것을 보호할 수 있다. 회전 씰 또는 회전 씰 요소가 축방향으로 밀봉하도록 설계되면, 지지체는 씰 유지 구조를 포함하는 기계 부품에 대해 밀봉 표면을 포함하는 기계 부품의 바라지 않은 축방향 운동을 제한하거나 감쇠시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 지지체는 밀봉 표면에 직각인 방향으로, 유격이 없는 방식으로 고무-탄성 장착 슬리브 위에 접촉 지지될 수 있다. 방사상으로 밀봉하는 회전 씰의 경우, 따라서 지지체의 원주는 장착 슬리브 위에 접촉 지지된다. 결국, 이로써 효과적인 정도로 두 개의 기계 부품들 모두 또는 하나의 상기 설명한 편심을 감쇠시킬 수 있다. 더우기, 방사상으로 밀봉하는 회전 씰의 경우, 장착 슬리브는 지지체 위에, 특히 그의 내측면에 방사상으로 지지될 수 있고 따라서 상기 지지체와 씰 유지 구조 사이에 압축되어 유지(고정)된다. 이와 같이, 회전 씰은 간단한 방식으로 씰 유지 구조를 포함하는 기계 부품에 회전하도록 고정될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 진전에 따르면, 지지체는 밀봉 표면을 포함하는 기계 부품에 대한 베어링 부품으로서 직접 설계된다. 그러므로 지지체는 회전 씰 조립체의 가압 상태 및 비가압 상태 모두에서 기계 부품의 밀봉 표면에 대해 지지된다. 이와 같이, 회전가능하게 장착된 기계 부품의 부유하는 베어링이 달성될 수 있다. 회전 씰 요소가 반경으로 밀봉하면, 즉, 회전 씰 요소가 방사상 씰 요소로서 설계되면, 따라서 지지체는 내부적으로 밀봉하는 회전 씰의 경우 그 내측에서 형성하고 외측으로 밀봉하는 회전 씰의 경우 그 외측에서, 밀봉 표면을 포함하는 기계 부품용 평면 베어링을 형성한다. 회전 씰이 밀봉 표면에 대해 축방향으로 밀봉하도록 설계되면, 지지체는 회전가능한 기계 부품에 대해 축방향 베어링을 형성한다. 특히, 지지체는 고무-탄성 장착 슬리브에 기인하여 프리텐셔닝 식으로 회전가능한 기계 부품의 밀봉 표면에 접촉 지지될 수 있다.
지지체와 밀봉 표면을 포함하는 기계 부품 사이의 적어도 가능한 마찰 저항을 감소시킬 목적으로서, 지지체 또는 밀봉 표면에는 윤활 코팅이 제공된다. 더우기, 밀봉 표면 측에서, 지지체는 "트리보구조(tribostructure)"를 포함할 수 있으며, 이는 회전 씰 조립체가 작동될 때 고압측으로 진입하는 먼지가 저압 측면을 향하여(외측으로) 운반될 수 있다. 예컨대, 트리보구조는 밀봉 표면에 접촉하는 지지체의 접촉 표면에 형성된 홈, 또는 단면이 V 형상으로 각도를 형성하고 그의 다리들이 저압측을 향하여 분기하는 하나 이상의 구조를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 지지체는 원리상 원형, 타원형, 또는 다각형 단면 형상을 가질 수 있다. 적어도 가능한 재료 사용을 위하여, 지지체는 역동적으로 밀봉하려는 제2 기계 부품의 밀봉 표면을 향하여 확장하는 단면 형상을 가진다.
제1 기계 부품의 씰 유지구조 위의 고무-탄성 장착 슬리브의 신뢰성 있는 밀봉 시트를 위하여, 장착 슬리브는 씰 보유 구조를 향하는 측면 위에, 즉, 예컨대, 방사상으로 밀봉하는 회전 씰의 경우, 외측 둘레 측면(외측)에서, 밀봉 보유 구조를 포함하는 기계 부품에 대해 밀봉되게 지지되는, 특히 제1 기계 부품의 씰 보유 구조에 직접 접촉하는 하나 이상의 정적인 밀봉 립을 포함할 수 있다. 밀봉 립은 효과적으로 회전 씰 조립체에 유체 연결될 수 있고 압력-작동가능할 수 있다. 이 경우, 밀봉 립은 씰 보유 구조를 포함하는 기계 부품에 대해 또는 씰 보유 구조에 대해 고압측에 존재하는 유체 압력에 의하여 - 그에 비례하는 압력에서 접촉될 수 있다. 이와 같이, 장착 슬리브와 씰 보유 구조를 포함하는 기계 부품 사이의 마찰 결합은 동시에 자동으로 조정될 수 있다. 회전가능하게 장착된 기계 부품와 함께 회전 씰 조립체의 바라지 않는 동시 회전은 이와 같이 방지될 수 있다. 상기 설명한 경우, 장착 슬리브는 서포트, 예컨대, 씰보유 구조를 포함하는 기계 부품에 밀봉 표면에 직각인 방향으로 지지되어야 하는 것은 분명하다.
본 발명에 따르면, 장착 슬리브와 씰 보유 구조를 포함하는 기계 부품 사이에 밀봉 표면에 직각인 방향으로 갭이 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, 갭은 고압측에 유체로 연결될 수 있다. 갭에서, 텐셔닝 요소는 고압측의 유체 압력에 따라 제1 기계 부품에 장착 슬리브를 마찰적으로 고정하기 위하여 고압측에 존재하는 유체 압력에 의하여 장착 슬리브 또는 씰 보유 구조의 외측 경사 표면에 지지되도록 장착된다. 특히, 텐셔닝 요소는 텐셔닝 링, 테이퍼된 단면 형상을 가지는 테이퍼 링으로서 설계될 수 있다. 결국, 이로써 회전가능하게 장착된 기계 부품와 함께 회전 씰 조립체의 바라지않은 동시 회전을 더욱 신뢰할만하게 억제할 수 있다.
고무-탄성 장착 슬리브가 확실히 접촉 지지되도록, 씰 보유 구조는 저압측 측면에 턱부(shoulder)를 포함한다.
특히, 회전 씰 요소는 고무-탄성 장착 슬리브의 유지홈에 유지될 수 있다. 이로써 회전 씰의 장착이 더욱 단순화된다. 유지 홈은 방사상으로 밀봉하는 회전 씰 또는 방사상으로 밀봉하는 회전 씰 요소의 경우 방사상 홈으로서 그리고 축방향으로 밀봉하는 회전 씰의 경우 축방향 홈으로서 설계된다.
본 발명에 따르면, 장착 슬리브는 직접 제2 지지체에, 축방향으로 접촉 지지되는 추가적인 회전 씰 요소를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전 씰 조립체는 특히 회전 유니온으로 설계될 수 있다. 이 경우, 대안적인 제1 실시예에 따르면, 회전 씰 조립체는 제2 지지체에 대해 직접 접촉되어 지지되는 제2 회전 씰 요소를 장착 슬리브가 포함하는 회전 씰을 포함할 수 있다. 고압측은 밀봉 표면에 평행한 방향으로 두 개의 회전 씰들 사이에 형성되어 유체용 회전 유니온 영역으로 기능한다. 방사상으로 밀봉하는 회전 씰의 경우, 즉, 방사상으로 밀봉하는 회전 씰 요소(= 반경 씰 요소)들의 경우, 그러므로 고압측은 두 개의 회전 씰 요소들 사이에 축방향으로 형성된다. 따라서, 축방향으로 밀봉하는 회전 씰의 경우, 회전 유니온 영역으로 기능하는 고압측은 두 개의 회전 씰 요소들 사이에 방사상으로 형성된다. 양자의 경우, 고압측은 적어도 부분적으로 회전 씰 요소들에 의하여 직접 횡방향으로 형성된다. 게다가, 고무-탄성 장착 슬리브는 하나 이상의 통로(예컨대, 관통-구멍)를 포함하고, 그에 의하여 제1 기계 부품에 배치된 제1 유체흐름 채널은 고압 또는 회전 유니온 영역을 통해 제2 기계 부품에 배치된 제2 유체흐름 채널에 유체로 연결될 수 있다. 이 실시예에서, 단일 장착 슬리브는 두 개의 회전 씰 요소들과 두 개의 지지체들에 대해 제공된다.
대안적인 제2 실시예에 따르면, 회전 씰 조립체는 상기 설명한 회전 씰들의 둘을 포함할 수 있다. 이 경우, 두 개의 회전 씰들은 밀봉 표면에 평행한 방향으로 서로 경사되도록 배치된다. 회전 씰 요소가 방사상 씰 요소들로 설계되면, 즉, 방사상으로 밀봉하는 회전 씰의 경우, 따라서 회전 씰 요소들은 회전축에 대해 축방향으로 연속으로 배치된다. 회전 씰 요소들이 축방향 씰 요소들로 설계되면, 회전 씰들은 회전축에 동축으로 배치된다. 상기 두 개의 장착 슬리브들은 서로 접촉되거나 또는 서로 이격될 수 있다. 어느 경우에도, 두 개의 장착 슬리브들의 하나에 또는 두 장착 슬리브들 사이에 통로가 형성된다.상기 통로에 의하여 제1 기계 부품에 배치된 제1 유체흐름 채널은 제2 기계 부품에 배치된 제2 유체흐름 채널에 유체로 연결되거나 연결될 수 있다. 이 실시예에서, 변형예들이 있으며, 회전 유니온 영역으로 기능하는 회전 씰 조립체의 고압측은 두 개의 회전 씰 요소들 사이에 배치되고 그리고 직접 횡방향으로 형성된다.
본 발명에 따르면, 회전 씰 조립체는 복수의 회전 유니온 영역들을 포함할 수 있다. 이 경우, 회전 씰 조립체의 각각의 추가적인 회전 유니온 영역은 동일한 회전 씰 또는 복수의 회전 씰들의 회전 씰 요소들에 의하여 제1 회전 유니온 영역에 대응하는 방식으로 형성된다. 전자의 경우, 고무-탄성 장착 슬리브는 위에서 설명된 바와 같이 각각의 회전 유니온 또는 고압측(H)에 대해 방사상 통로를 포함한다. 후자의 경우, 복수의 회전 씰들이 회전축에 동축으로 또는 연속으로 배치된다.
본 발명에 따르면, 하나의 기계 부품의 씰 유지 구조는, 프레스 피트 방식으로 기계 부품에 유지되는 금속 슬리브로서 설계될 수 있다. 회전 씰은 두 개의 기계 부품들 사이의 밀봉 갭에 상기 금속 슬리브를 용이하게 배치하기 위하여 금속 슬리브에 사전 장착되도록 제공될 수 있는 것은 분명하다.
상기 설명한 회전 씰 조립체는 광범위한 용도를 가지며, 예컨대, 모터 차량 또는 비행기에서 특히 압력 제어 시스템에 사용될 수 있다. 이 경우, 두 개의 기계 부품들의 하나는 구동 샤프트로서 또는 휠 액슬로서 설계될 수 있다. 이 경우 회전 씰 조립체는 추가로 필요한 부품들, 예컨대, 하나 이상의 밸브들을 포함할 수 있음이 명확하다. 예컨대, 기계적이거나 또는 화학적인 공정의 엔지니어링 머신이나 가사 디바이스에서 다른 분야의 기술 용도가 또한 고려할만하다.
요약하면, 본 발명은 회전 씰 조립체의 저압측(N)으로부터 고압측(H)을 밀봉하기 위하여 회전 씰을 가지는 회전 씰 조립체에 대한 것이다. 회전 씰은 고무-탄성 재료로 제조된 장착 슬리브 및 밀봉 에지를 가지는 하나 이상의 압력-작동가능한 회전 씰 요소를 포함한다. 고압측(H)과 저압측(N) 사이의 정해진 압력 차이값(PDiff)가 초과될 때, 회전 씰 요소의 밀봉 에지는 기계 부품의 밀봉 표면에 대해 접촉되고, 이로써 고무-탄성 장착 슬리브 위에 탄성적으로 장착된 지지체를 직접 변위시킬 수 있다. 특정 압력 차이값(PDiff)이 기준 이하로 저하할 때, 지지체는 축방향으로 고압측(H)을 향하여 복귀 이동하므로 회전 씰 요소의 밀봉 에지는 비작동 위치로 복귀 이동하고 여기서 회전 씰 요소는 접촉 표면 압력 없이 또는 접촉 표면 압력 없이 밀봉 표면에 접촉되거나 또는 밀봉 표면으로부터 이격된다. 본 발명은 추가로 이러한 유형의 회전 씰 조립체용 회전 씰에 대한 것이다.
본 발명이 이하에서 도면들에 도시된 실시예들을 기초로 더욱 상세하게 설명될 것이다. 도면들에서, 대응하는 부분들은 동일한 참조 부호들이 제공된다.
도 1은 회전 씰이 지지체에 의하여 장착 슬리브의 지지 영역에 축방향으로 탄성가능하게 지지되는 회전 씰 요소를 가지는 고무-탄성 장착 슬리브를 포함하므로 회전 씰 요소가 회전가능하게 장착된 기계 부품의 밀봉 표면에 대해 압력-제어식으로 가압될 수 있고, 이로써 지지 영역이 변위될 수 있으며, 회전축 둘레로 회전가능하도록 장착된 기계 부품를 포함하고, 회전 유니온 영역으로 기능하는 고압측을 방사상으로 밀봉하기 위한 압력-작동가능한 회전 씰들을 포함하는 회전 씰 조립체의 부분 단면도이며;
도 2는 밀봉 위치에서 회전 씰을 도시하는 도 1 도시 회전 씰 조립체의 부분 단면도이고;
도 3은 장착 슬리브 위에 일체로 형성되고 스프링 요소에 의하여 회전가능한 기계 부품의 밀봉 표면에 대해 가압되는 부가적인 오일 씰을 포함하는, 도 1 도시의 회전 씰 조립체에 유사한 회전 씰 조립체의 부분 단면도이고;
도 4는 양방향으로 작동가능한 회전 씰을 가지는 부가적인 회전 씰 조립체의 부분 단면도이고;
도 5는 장착 슬리브의 지지 영역이 장착 슬리브로부터 별개로 형성된 고무-탄성적으로 변형가능한 환형 요소에 의하여 형성되는 회전 씰 조립체의 부분 단면도이고;
도 6은 회전 씰이 압력-작동가능한 텐셔닝 링을 포함하는 회전 씰 조립체의 부분 단면도이고;
도 7은 고압측에 존재하는 압력에 비례하는 압력에서 회전 씰 조립체의 장착 슬리브가 기계 부품들의 하나의 씰 유지 구조에 대해 가압될 수 있는 정적인 밀봉 립을 포함하는 회전 씰 조립체의 부분 단면도이고;
도 8은 비가압된 비작동 상태에서 장착 슬리브가 두 개의 회전 씰 요소들을 포함하는 추가적인 회전 씰 조립체의 부분 단면도이고;
도 9는 회전 씰의 가압된, 즉, 압력-작동된 가동 상태의 도 8 도시 회전 씰 조립체의 부분 단면도이고; 및
도 10은 회전 씰이 제2 기계 부품의 밀봉 표면에 대해 축방향으로 밀봉하는 회전 씰 조립체의 부분 단면도이다.
도 1은 제1 기계 부품(12)에 대해 회전축(16) 둘레로 회전가능하도록 장착된 제2 기계 부품(14)과 제1 기계 부품(12)을 포함하는 회전 씰 조립체(10)를 도시한다. 도 1 도시와 같이, 회전 씰 조립체(10)는 회전 유니온으로 설계될 수 있고, 이 경우, 고정된 제1 기계 부품(12)과 회전가능하게 장착된 제2 기계 부품(14) 사이에 유체가 밀봉되어 전달될 수 있다. 두 기계 부품(12, 14)들 사이에 밀봉갭(18)이 형성된다. 두 기계 부품(12, 14)들은 각각 유체용 유체흐름 채널(20, 22)들을 포함하고, 이들은 H로 표시된 고압측에 의하여 서로 유체로 연결될 수 있다. 축방향으로 어느 일 측에는, 밀봉 갭(18)의 고압측(H)이 회전 씰(24)에 의하여 축방향으로 외측 저압측(N)으로부터 밀봉될 수 있다. 이 경우, 회전 씰은 방사상 내측으로 밀봉한다. 도 1은 두 개의 회전 씰(24)들의 하나의 부분 도면이다. 회전 씰(24)들은 제1 기계 부품(12)의 각각의 씰 유지 구조(26)에 배치된다. 특히, 씰 유지 구조(26)는 제1 기계 부품(12)에 유지홈으로 설계될 수 있다. 이 경우, 유지홈은 홈 바닥부(32)에 의하여 상호연결된 두 개의 대향하는 홈 플랭크(flank)(28, 30)들을 포함한다. 회전 씰(24)은 두개의 홈 플랭크(28, 30)들에 대해 특히 사전-압축되도록 축방향으로 접촉 지지될 수 있다. 저압측 측 위의 씰 유지 구조(26)의 홈 플랭크(30)은 여기서 고압측(H)이 가압될 때 씰 유지 구조(26)에 상기 회전 씰을 축방향으로 고정하기 위하여 회전 씰(24)용 턱부로서 기능한다.
도시된 회전 씰(24)은 고무-탄성 재료로 제조된 장착 슬리브(34)를 포함한다. 고무-탄성적으로 변형가능한 장착 슬리브(34)는 압력-작동가능한 회전 씰 요소(38)가 내부에 유지되는 제1 유지홈(36a)을 포함한다. 회전 씰 요소(38)는 방사상 씰 요소로서 설계되고 장착 슬리브(34)로부터 회전가능한 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(40)을 향하여 멀어지게 연장한다. 회전 씰 요소(38)는 장착 슬리브(34)로부터 멀어지게 향하는 그의 자유단부(42)에 밀봉 에지(44)를 포함한다. 회전 씰 요소(38)는 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 또는 섬유 복합 재료와 같은 저마찰 계수를 가지는 점소성 재료로 효과적으로 구성된다.
회전 씰(24)은 지지체 또는 지지링(46)을 포함하고 그에 대해 회전 씰 요소(38)가 회전 씰(24)의 비가압 및 가압 작동 상태에서 모두 축방향으로 접촉 지지된다. 지지체(46)는 점소성으로 변형가능한 재료로 구성될 수 있거나 또는 강성체로 설계된다. 후자의 경우, 지지체는 회전 씰 조립체(10)의 고압측(H)에서 발생하는 작동력에 의하여 방사상으로 변형될 수 없다. 지지체(46)는 플라스틱 재료, 금속, 복합 재료 또는 기능성 세라믹으로 구성된다.
지지체(46)는 고무-탄성 장착 슬리브(34)의 제2 유지홈(36b) 내로 연장할 수 있다. 지지체(46)는 고압측(H)을 향하고 그에 대해 회전 씰 요소(38)가 축방향으로 직접 접촉 지지되는 측면 플랭크(48)(턱부)를 포함한다. 그러므로 측면 플랭크(48)는 회전 씰 요소(38)의 접촉 지지 표면으로 기능한다. 지지체(46)의 측면 플랭크(48)는 회전축(16) 또는 밀봉 표면(40)에 관련하여 α<90°의 예각(α)에서 경사지게 연장한다. 이 경우 각도(α)는 대략 80°이다. 도 1 도시와 같이, 지지체는 밀봉 표면(40)을 향하여 방사상으로 확장하는 단면 형상을 가질 수 있다. 환형 지지체(46)의 내측(50)은 도 1 도시와 같이 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(40)으로부터 완전히 이격될 수 있다. 대신해서, 지지체(46)는 밀봉 표면(40)에 대해 또한 직접 접촉되고 밀봉 표면을 포함하는 기계 부품(14)에 대해 (평탄한) 베어링을 형성한다. 특히 후자의 경우, 회전가능하게 장착된 기계 부품(14)의 편심의 경우 회전 씰(24)의 밀봉 에지(44)의 과부하에 대해 대응할 수 있다.
저압측(N) 측에서, 지지체(46)는 장착 슬리브(34)의 고무-탄성적으로 변형가능한 지지영역(52)에 의하여 축방향으로 덮혀진다. 지지체(46)는 지지 영역(52)에 대해 축방향으로 직접 접촉된다.
회전 씰의 비가압 작동 상태에서, 상기 회전 씰은 도 1 도시와 같은 그의 비작동 위치에 있다. 이러한 비작동 위치에서, 지지체(46)에 의하여, 회전 씰(24)의 밀봉 에지(44)는 접촉 표면 압력 없이 또는 무시할만한 작은 접촉 표면 압력에서 밀봉 표면(40)에 대해 유지되거나 또는 밀봉 표면으로부터 이격되도록 유지된다.
가압 유체가 회전 유니온 영역으로 기능하는 고압측(H)으로 공급되고 저압측(N)에 있는 압력(PN)에 대해 고압측(H)에서의 압력(PH)의 압력 차이 값(PDiff)이 초과될 때, 회전 씰 요소(38)는 적절한 압력에서 지지체(46)에 대해 축방향으로 가압되므로 지지체는 저압 측면(N)을 향하여 축방향으로 외측으로 밀어지고, 회전 씰 요소(38)의 밀봉 에지(44)가 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(40)에 대해 방사상으로 밀봉되어 접촉하기까지 고무-탄성 장착 슬리브(34)의 지지 영역(52)은 변형할 수 있다. 지지체가 점소성 재료로 구성되면, 그의 변위 운동은 저압측(N)을 향하여 부분들에서 (탄성적으로) 변형하는 지지체(46)에 의하여 약 적어도 부분적으로 유발될 수 있다. 이로써 고압측(H)은 도 2 도시와 같이 고압측(H)은 유체 기밀적으로 밀봉된다. 회전 씰(24)의 가압 작동 상태에서, 그러므로 밀봉 에지(44)는 정해진 밀봉 시트의 제2 기계 부품(14)의 관련 밀봉 표면(40)에 접촉하여 밀봉되어 지지된다.
정해진 압력 차이 값(PDiff)이 소정 이하로 저하할 때, 지지체(46)는 고무-탄성 장착 슬리브(34)의 지지 영역(52)의 탄성 복원에 기인하여 도 1 도시의 그의 비작동 위치로 축방향으로 복귀 이동된다. 따라서, 밀봉 표면(40)에 대항하는 회전 씰 요소(38)의 밀봉 에지(44)의 압력이 해제되거나, 또는 달리 말하면 상기 회전 씰 요소는 밀봉 표면(40)으로부터 다시 멀리 밀어지므로 상기 밀봉 에지는 접촉 표면 압력 없이 또는 마모-유발 접촉 표면 압력 없이 밀봉 표면에 대해 다시 접촉 되고 또는 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(40)으로부터 방사상으로 이격된다(도 1).
회전 씰(24)의 비가압 작동 상태에서, 지지체(46)는 회전 씰 요소(38)를 지나 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(40)을 향하여 방사상으로 돌출할 수 있다. 이와 같이, 지지체(46)는 특히 광범위에 걸쳐 회전 씰 요소(38)를 지지할 수 있다. 고압 용도들에서도, 이로써 회전 씰 요소(38)가 밀봉 표면(40)과 지지체(46) 사이에서 축방향으로 돌출하는 것이 방지될 수 있다. 더우기, 두 기계 부품(12, 14)들의 하나의 편심의 경우, 이와 같이 지지체(46)는 정밀 요소로 기능할 수 있으므로, 비가압 작동 상태에서 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(40)에 대해 회전 씰 요소(38)를 바라지 않게 맞비비는 것을 방지할 수 있다. 회전 씰(24)의 가압 작동 상태에서, 회전 씰 요소(38)의 밀봉 에지(44)의 과도한 (국부적인) 부하는 또한 신뢰성 있게 대응될 수 있다. 이를 위하여, 환형 지지체(46)는 방사상으로 유격이 없는 방식으로 고무-탄성 장착 슬리브(34)에 대해 그리고 그 위에 지지된다. 이로써 지지체(46)의 방사상으로의 운동이 신뢰성 있게 감쇠될 수 있다. 지지체(46)는 또한 그의 내측(50)에서 밀봉 표면(40)에 접촉하여 지지될 수 있으므로 회전가능한 기계 부품(14)용 (평탄) 베어링을 형성한다.
고무-탄성 장착 슬리브(34)의 외측(54)은 회전가능하게 장착된 제2 기계 부품(14)과 함께 장착 슬리브(34)의 원하지 않는 공동 회전을 방지하기 위하여 제1 기계 부품(12)의 이 경우의 홈 바닥부(32) 또는 씰 유지 구조(26)에 접촉하여 마찰적으로 지지된다. 이를 위하여, 장착 슬리브(34)는 제1 기계 부품(12)의 씰 유지 구조(26)의 내경과 관련해서 방사상으로 크기가 증가한다. 이와 같이,제1 기계 부품(12) 위의 장착 슬리브(34)의 방사상 밀봉 시트는 완성될 수 있다. 특히 큰 (정적인) 밀봉 성능을 위하여, 장착 슬리브(34)는 그의 외측에 하나 이상의 정적인 밀봉 립(56)들이 제공될 수 있으며, 이들은 여기서 비장전 상태에서 점선으로 표시된다. 밀봉 립(들)(56)이 장착 슬리브(34)의 전체 둘레로 연장하는 것은 말할 필요가 없다. 더우기, 장착 슬리브(34)는 지지체(46)의 적절한 크기 형성에 의하여 제1 기계 부품(12)의 씰 유지 구조(26)에 접촉하여 방사상으로 가압될 수 있다.
회전 씰 요소(38)에 부가해서, 회전 씰(24)은 하나 이상의 역동적인 밀봉 립(58)을 포함할 수 있으며, 이는 장착 슬리브(34)의 특수한 회전 씰 요소(38)에 관련해서 저압측(N)을 향하여 축방향으로 경사되도록 배치된다. 밀봉 립(58)은 고무-탄성 장착 슬리브(34)와 일체로 형성된다. 회전 씰 조립체(10)의 가압 및 비가압 상태에서 모두, 밀봉 립(58)의 밀봉 에지(58a)는 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(40)에 밀봉되도록 접촉한다. 특히, 밀봉 립(58)은 오일 씰로서 기능할 수 있고 또는 설계될 수 있다. 도면들에서 보다 상세하게 도시되지 않은 회전 씰 조립체(10)의 일 실시예에서, 밀봉 립(58)은 장착 슬리브(34)와 분리되어 설계될 수 있다.
도 3은 추가적인 회전 씰 조립체(10)의 부분 도면이며, 이는 오일 씰로서 기능하는 장착 슬리브(34)의 밀봉 립(58)이 스프링 요소(60), 또는 이 경우 가터(garter) 스프링에 의하여 밀봉 표면(40)에 접촉하여 방사상으로 가압되는 점에서 도 1 도시의 회전 씰 조립체(10)로부터 다르다. 밀봉 립(58)의 축방향 및 세로방향의 연장부에 기인하여, 상기 밀봉 립(58)은 또한 제2 기계 부품(14)의 높은 편심도를 따를 수 있으며 이로써 밀봉 갭(18)을 먼지 등의 침입으로부터 신뢰성 있게 밀봉할 수 있다. 예로서, 지지체(46)의 내측(50)은 밀봉 표면(40)에 접촉 된다. 이와 같이, 지지체(46)는 회전가능한 기계 부품(14)의 (평탄) 베어링을 형성한다.
도 4는 도시된 회전 씰(24)이 두 개의 회전 씰 요소(38, 38')들을 가지는 회전 씰 조립체(10)의 부분 도면이다. 두 개의 회전 씰 요소(38, 38')들은 각각 지지체(46)의 어느 일 측면에 배치된다. 이러한 설계에서, 지지체(46)는 고무-탄성 장착 슬리브(34) 위에 각 측면에서 회전 씰 요소(38, 38')들에 의하여 축방향으로 지지될 수 있다.
장착 슬리브(34)의 두 개의 회전 씰 요소(38, 38')들은 동일하게 설계될 수 있다. 추가적인 회전 씰 요소(38, 38')는 도면의 좌측에 도시된 회전 씰 요소(38)의 경우와 같이 유사하게 압력-작동가능하다. 고압측(H)과 관련하여 저압측(N)(기능상 고압측의 의미 내에서)의 정해진 압력 차이값이 저압측(N)에 적용되면, 추가적인 회전 씰 요소(38')는 이와 같이 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(40)에 접촉하여 방사상으로 가압될 수 있고, 이로써 지지체(46)는 고무-탄성 장착 슬리브(34)의 제2 지지 영역(52')에 접촉하여 고압측(H)(이로써 기능적으로 말하면 저압측으로 되며) 향하여 축방향으로 이동시키고; 이로써 압력 역전이 발생하면 밀봉 갭은 밀봉된다. 회전 씰 조립체의 이러한 작동 상태에서, 고압측(H)과 저압측(N)은 그러므로 기능적으로 상호 교환된다. 도 4 도시의 회전 씰(24)은 그러므로 어느 일 측면에서도 압력-작동될 수 있다. 이는 회전 씰 조립체(10)의 가능한 용도 범위를 더욱 확장한다.
고무-탄성 장착 슬리브(34)는 다른 탄성율을 가지는 부분들을 포함할 수 있다. 예컨대, 장착 슬리브는 방사상으로보다 축방향으로 더 작은 탄성 계수를 가질 수 있다. 이는 예컨대 장착 슬리브의 두-부품 구조에 의하여 달성될 수 있다. 장착 슬리브는 또한 다수-부품일 수 있다. 예컨대, 장착 슬리브(34)의 지지 부분(52)은 도 5 도시와 같이 장착 슬리브의 주 몸체로부터 분리되어 형성된 고무-탄성적으로 변형가능한 지지 요소를 포함할 수 있다. 특히, 지지 요소는 고무, 실리콘 또는 또 다른 적절한 고무-탄성적으로 변형가능한 재료로 구성될 수 있다.
도 6은 씰 유지 구조(26)를 포함하는 기계 부품(12)과 장착 슬리브(34) 사이에 방사상으로 갭(62)이 형성된 회전 씰 조립체(10)를 도시한다. 갭(62)은 이 경우 장착 슬리브(34)의 축방향 채널(64)에 의하여 고압측(H)에 유체적으로 연결된다. 테이퍼 링의 형상으로 형성된 축방향 클램핑 또는 텐셔닝 링(66)은 갭(62)에 축방향으로 이동가능하게 장착된다. 텐셔닝 링(66)은 비례 압력으로 제1 기계 부품(12) 위에 장착 슬리브(34)를 마찰적으로 고정하기 위하여 고압측(H)의 유체 압력에 의하여 장착 슬리브(34)의 둘레-측면의 경사 표면(68)에 접촉하여 방사상으로 이동될 수 있다. 대신해서 씰 유지 구조(26)에는 또한 텐셔닝 링(66)에 대한 적절한 경사 표면이 제공될 수 있다. 텐셔닝 링(66)은 테이퍼 형상과 다른 단면 형상을 가질 수 있다.
도 7 도시의 회전 씰 조립체(10)에서, 장착 슬리브(34)의 외측(54)은 고압측(H)에 유체적으로 연결된 정적인 밀봉 립(70)을 포함한다. 이와 같이 밀봉 립(70)은 고압측(H)에 배치된 유체에 의하여 가압될 수 있고, 비례 압력에서 상기 유체에 의하여 제1 기계 부품의 씰 유지 구조(26)에 접하여 가압될 수 있다. 우선, 장착 슬리브(34)와 제1 기계 부품(12) 사이에 특히 신뢰성 있는 밀봉을 달성할 수 있다. 둘째로, 고압 또는 초고압 용도들에서도 회전가능하게 장착된 기계 부품(14)과 함께 장착 슬리브(34)의 바라지 않은 공동 회전에 신뢰성 있게 대응할 수 있다. 장착 슬리브(34)는 지지체(46)에 의하여 방사상으로 내측으로 지지되는 것을 유의하여야 한다.
도 8은 추가적인 회전 씰 조립체(10)의 부분 도면이다. 이 경우 역시, 회전 씰 조립체는 회전 유니온으로 설계된다. 회전 유니온 영역으로 기능하는 고압측(H)이 어느 일 측면 위에서 밀봉하기 위하여, 고무-탄성 장착 슬리브(34)는 축방향으로 위치가 고정되도록 클립(72) 등에 의하여 제1 기계 부품(12) 위에 유지될 수 있다. 두 개의 회전 씰 요소(38, 38')들은 각각 도 1 내지 7로부터의 회전 씰 조립체들에 대응하는 방식으로 설계될 수 있다. 이 경우, 회전 씰 요소(38, 38')들은 예로서 직사각형 단면 형상을 가진다. 장착 슬리브(34)(벽 측면)에는 관통 구멍이 제공되고, 그에 의하여 기계 부품(12, 14)들의 두 개의 흐름 채널(20, 22)들이 유체에 의하여 서로 연결된다. 이와 같이 관통 구멍(74)은 방사상으로 연장한다. 비가압 상태에서, 두 개의 회전 씰 요소(38, 38')들은 회전축(16)에 직각으로 연장한다. 고압측(H)의 압력(PH)과 저압측(N)의 (대기압) 압력(PN) 사이의 정해진 압력 차이 값(PDiff)이 초과될 때, 두 개의 회전 씰 요소들은 축방향으로 굽어지거나 또는 각각의 저압측(N)을 향하여 이동되므로 두 개의 회전 씰 요소(38)들의 밀봉 에지(44)가 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(40)에 접하여 밀봉되게 지지된다. 공정에서, 위에서 이미 설명된 바와 같이, 지지체(46)들이 도 9 도시와 같이, 고무-탄성 장착 슬리브(34)의 각각의 지지 영역(52)에 대항하여 축방향으로 이동된다.
고압측(H)의 정해진 압력 차이값(PDiff)이 아래로 저하할 때, 환형 지지체(46)들이 고무-탄성 장착 슬리브(34)의 각각의 지지 영역(52)의 탄성 복원력에 기인하여 고압측(H)을 향하여 밀어진다. 이와 같이 회전 씰 요소(38)는 지지체(46)들에 의하여 그들의 각각의 비가압 시작 위치들로 복귀 이동된다. 이러한 시작 위치에서, 회전 씰 요소(38)들의 밀봉 에지(44)들이 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(40)에 접하여 지지되지 않거나 또는 마모-유발 접촉 표면 압력에서 그 위에 지지되지 않는다.
도 10은 회전 유니온으로 설계된 추가적인 회전 씰 조립체(10)를 도시한다. 회전 씰 조립체(10)는, 회전 씰(24)이 축방향으로 밀봉하는 점에서, 도 1 내지 9에 관련하여 위에 설명된 회전 씰 조립체들과 다르다. 제2 기계 부품(14)의 밀봉 표면(40)은 그러므로 그의 둘레면에 의하여 형성되지 않고, 오히려 그의 단부면에 의하여 형성된다. 그러므로 회전 씰(24)은 제2 기계 부품(14)의 회전축(16)에 대해 축방향으로 밀봉하는, 즉, 축방향 씰 요소로 설계된, 환형 회전 씰 요소(38)를 포함한다. 지지체(46)는 환형으로 회전 씰 요소(38)의 외측 둘레에 결합한다. 지지체(46)와 회전 씰 요소(38)는 그러므로 회전축(16)에 동축이다. 지지체(46)는 이 경우 일체로 형성되고 점소성으로 변형가능한 재료로 구성된다. 지지체(46)는 또한 강성체로 설계될 수 있다. 이 경우, 지지체(46)는 다수-부품, 특히 두-부품이므로, 그의 세그먼트(예컨대, 링 절반부)들은 위에서 설명된 바와 같이 회전 씰 요소(38)가 압력-작동되고 그의 비작동 위치로 다시 복귀되도록 회전축(16)에 대해 방사상으로 병진 이동될 수 있다.
도면들에 도시된 회전 씰 조립체(10)의 실시예들에서, 회전 씰 요소(38)들은 각각의 관련 지지체(46)에 접하여 느슨하게 지지된다. 회전 씰의 고압측(H)에서의 압력 증가에 대한 특히 민감한 응답성을 위하여 그 위에 횡방향으로 지지된 회전 씰 요소(38)와 특별한 지지체(46)의 재료 조합이 최소 마찰에서 두 성분들 사이에서 슬라이딩 운동하도록 설계된다.
상기 설명된 회전 씰 조립체(10) 또는 회전 씰(24)들은 광범위한 기술 용도들에 적합하다. 예컨대, 그들은 특히 차량에서 타이어 압력 제어 시스템에 사용될 수 있다. 이 경우, 제2 기계 부품(14)는 모터 차량(도시 없음)의 휠 액슬 또는 구동 샤프트일 수 있고, 반면에 제1 기계 부품(12)는 제2 기계 부품(14)을 장착시키기 위하여 사용될 수 있다.
10: 회전 씰 조립체 24: 회전 씰

Claims (20)

  1. 제1 기계 부품(12)에 대해 회전축(16) 둘레로 회전가능한 제2 기계 부품(14)와 제1 기계 부품(12)를 가지는 회전 씰 조립체(10)로서, 두 개의 기계 부품(12, 14)들의 하나는 씰 유지 구조(26)를 포함하고, 두 개의 기계 부품(12, 14)의 다른 하나는 씰 표면(40)을 포함하고, 상기 회전 씰 조립체(10)의 저압측(N)으로부터 고압측(H)을 밀봉하도록 배치된 회전 씰(24)을 가지는 회전 씰 조립체(10)로서:
    - 고무-탄성 재료로 제조된 장착 슬리브(34);
    - 밀봉 에지(44)를 가지며, 상기 장착 슬리브(34) 위 또는 안에 배치되어 상기 장착 슬리브(34)로부터 상기 밀봉 표면(40)을 향하여 연장하는 하나 이상의 압력-작동가능한 회전 씰 요소(38, 38');
    - 상기 밀봉 에지(44)가 상기 밀봉 표면(40)으로부터 이격되거나 접촉 표면 압력 없이 또는 접촉 표면 압력 없이, 상기 밀봉 표면(44)에 대해 접촉되는 비작동 위치에, 상기 밀봉 에지(44)가 비가압 작동 상태에서 배치되도록, 그 위에서 상기 회전 씰 요소(38)가 상기 저압측 측면에 직접 지지되고 저압측 측면에서, 고무-탄성적으로 변형가능한 상기 장착 슬리브(34)의 지지 영역(52, 52')에 대항하여 지지되는 지지체(46)를 포함하고,
    - 상기 고압측(H)과 상기 저압측(N) 사이의 특정 압력 차이 값(PDiff)이 초과될 때, 상기 회전 씰 요소(38, 38')에 의하여 상기 지지체(46)는 상기 저압측(N)을 향하여 이동되고, 이로써 상기 지지 영역(52, 52')은 탄성적으로 변형하므로, 상기 회전 씰 요소(38, 38')의 상기 밀봉 에지(44)는 상기 밀봉 표면(40)에 대하여 밀봉되도록 가압되고, 그리고
    - 상기 특정 압력차이 값(PDiff)이 아래로 저하하면, 상기 지지 영역(52, 52')은 그 형상을 탄성적으로 회복하고, 이로써 상기 지지체(46)는 상기 고압측(H)을 향하여 복귀 이동하므로 상기 회전 씰 요소(38, 38')의 상기 밀봉 에지(44)는 상기 밀봉 표면(40)에 대항하여 상기 밀봉 에지의 밀봉되게 지지되는 위치로부터 이탈하여, 상기 밀봉 에지의 비작동 위치로 이동하는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 회전 씰 요소(38, 38')는 방사상 씰 요소 또는 축방향 씰 요소로 설계되는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 지지체(46)는 상기 밀봉 표면을 포함하는 상기 기계 부품(12, 14)용 베어링부로서 설계되고, 그리고 상기 밀봉 표면(40)에 대해 직접 접촉되는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  4. 상기 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 지지체(46)는 금속, 단단한 플라스틱 소재, 복합 소재 또는 기능적인 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  5. 상기 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 고무-탄성 장착 슬리브(34)는 하나 이상의 역동적인 밀봉 립(58)을 포함하며, 이는 상기 회전 씰 요소(38, 38')에 관련해서 저압측(N)을 향하여 비스듬히 배치되고, 상기 회전 씰 조립체(10)의 가압 및 비가압 상태 모두에서 상기 제2 기계 부품(14)의 상기 밀봉표면(40)에 대해 밀봉되게 배치되는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  6. 상기 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 지지체(40)는, 고압측 측면에서, 예각(α), α〈 90°, α〈 80°의 예각으로 밀봉 표면에 관련해서 경사지게 연장하는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  7. 상기 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 지지체(46)는 비가압 작동 상태에서 상기 회전 씰 요소(38, 38')를 지나 상기 밀봉 표면(40)을 향하여 돌출하는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  8. 상기 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 지지체(46)의 둘레는 고무-탄성 장착 슬리브(34)에, 유격이 없는 식으로, 접촉되어 지지되는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  9. 상기 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 지지체(46)는 상기 밀봉 표면을 향하여 확장되는 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  10. 상기 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 고무-탄성 장착 슬리브(34)는 그 외측면에서, 상기 제1 기계 부품(12)에 대해 밀봉되게 접촉되는 하나 이상의 동적인 밀봉 립(56)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 밀봉 립(56)은 고압측(H)에 유체적으로 연결되고 고압측(H)에 존재하는 유체 압력에 의하여 제1 기계 부품(12)에 대해 가압될 수 있는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  12. 상기 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 씰 유지 구조(26)는 유지 홈으로 설계되고, 저압 측면에서, 상기 고무-탄성 장착 슬리브(34)가 접촉하여 지지되는 홈 플랭크(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  13. 상기 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 장착 슬리브(34)와 상기 제1 기계 부품(12) 사이에는, 상기 고압측(H)에 유체 연결되는 틈새(62)가 형성되고, 상기 제1 기계 부품(12) 위에 상기 장착 슬리브(34)를 마찰 고정하기 위하여, 상기 틈새(62)에는 상기 고압측(H)에 존재하는 유체 압력(PH)에 의하여 상기 장착 슬리브(34) 또는 상기 씰 유지 구조(26)의 경사 표면(68)에 대해 축방향으로 이동할 수 있는 텐셔닝 요소(66)가 장착되는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  14. 상기 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 씰 요소(38, 38')는 고무-탄성적으로 변형가능한 장착 슬리브(34)의 유지 홈(36a, 36a')에 유지되는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  15. 상기 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 상기 장착 슬리브(34)는 제2 지지체(46) 위에 축방향으로 지지되고 직접 접촉하여 지지되는 추가적인 회전 씰 요소(38, 38')를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 회전 씰 조립체(10)는 회전 유니온으로 설계되고, 상기 고압측(H)은 상기 두 개의 회전 씰 요소(38, 38')들 사이에 배치되고 제1 회전 유니온 영역을 형성하며, 상기 장착 슬리브(34)는 상기 제1 기계 부품(12)에 배치된 제1 유체흐름 채널(20)을, 상기 회전 유니온 영역에 의하여 상기 제2 기계 부품(14)에 배치된 제2 유체흐름 채널(22)에 유체 연결하기 위하여, 하나 이상의 관통-구멍(74)을 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  17. 청구항 1 내지 15의 어느 한 항에 있어서, 상기 회전 씰 조립체(10)는 회전 유니온으로 설계되고 추가적인 회전 씰(24)을 포함하고, 상기 고압측(H)은 상기 두 개의 회전 씰(24)들 사이에 형성되고 제1 회전 유니온 영역을 형성하고, 이로써 상기 제1 기계 부품(12)에 배치된 제1 유체흐름 채널(20)이, 상기 제2 기계 부품(14)에 배치된 제2 유체흐름 채널(22)에 유체 연결되는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  18. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서, 동일한 회전 씰(24) 또는 복수의 회전 씰(24)들의 회전 씰 요소(38, 38')에 의하여 어느 일 측면에 각각 축방향으로 형성되는 복수의 회전 유니온 영역을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  19. 상기 청구항들의 어느 한 항에 있어서, 하나의 기계 부품(12, 14)의 상기 씰 유지 구조(26)는 상기 기계 부품(12, 14)에 프레스 피트로 직접 유지되는 금속 슬리브에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 씰 조립체.
  20. 상기 청구항들의 어느 한 항에 따른 회전 씰 조립체(10)용 회전 씰.
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