KR20220024809A

KR20220024809A - 토크 저항성 씰

Info

Publication number: KR20220024809A
Application number: KR1020227002090A
Authority: KR
Inventors: 로리나 에스. 플러스; 케네스 엘. 크런클톤; 데니스 엠. 터리신; 벤자민 제이. 쿠플
Original assignee: 캐타필라 인코포레이티드
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2020-05-18
Publication date: 2022-03-03
Also published as: PE20220229A1; US20200406995A1; EP3990807A1; CA3143182A1; BR112021025162A2; CN114096769A; US11592111B2; AU2020305728A1; WO2020263454A1

Abstract

토크 저항성 듀얼 페이스 씰은, 축 방향으로 연장된 플랜지(140, 142)와 반경 방향으로 연장된 플랜지(126, 128)를 포함한 L-형상의 단면을 갖는 씰 링(110, 112)을 포함하고, 씰 링은, 환형 밀봉면(118, 120) 및 환형 로딩 표면(134, 136)을 포함한다. 씰 링은, 축 방향으로 연장된 플랜지 주위에 원주 방향으로 이격된 배열로 형성된 복수의 변형부(138)를 포함한다. 축 방향으로 연장된 플랜지를 통하고 복수의 변형부 중 하나와 교차하는 축 방향 단면은, 단차형 기하 형상을 포함한다. 복수의 변형부는, 로드 링(114, 116)을 복수의 변형부 내로 압착시켜 씰 링과 로드 링 사이의 표면적 접촉을 증가시킨다.

Description

토크 저항성 씰

본 개시는, 일반적으로 씰 어셈블리에 제한 없이 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속 페이스 씰을 포함한 씰 어셈블리에 관한 것이다.

토공, 농업 및 건설 응용 분야에 사용되는 기계는 극도의 마모를 받는다. 이러한 기계의 이동 구성 요소는 윤활제 공급을 일정하게 제공받아야 하며, 제공받는 동안에 환경으로의 윤활제 손실과 작업 현장에서 윤활제 공급부로 잔해의 유입이 발생한다.

밀봉된 공동 내에 윤활제를 유지하고 밀봉된 공동 내에 배치된 상대적 이동 부품 사이의 베어링 표면으로부터 이물질을 배제하기 위한 씰 어셈블리가, 기계의 다양한 구성 요소에 사용될 수 있다. 씰은, 예를 들어 최종 구동 시스템, 트랙 롤러 및 언더캐리지의 아이들러에서 사용된다. 일부 예시에서, 예컨대 최종 구동 시스템에서, 씰 어셈블리는 듀얼 페이스 씰을 포함할 수 있다. 듀얼 페이스 씰은, 스핀들과 같은 회전 샤프트 위에 밀봉부를 생성시켜, 일측이 정지 상태로 유지될 수 있고 타측은 오일 밀봉부를 회전시키고 또 유지하면서 잔해를 제거시킬 수 있다.

수 년에 걸쳐, 이러한 윤활제를 제공하면서, 윤활 손실, 그리고 흙, 먼지, 및 수분과 같은 잔해의 유입을 방지하기 위한 시도로써, 다수의 상이한 구성이 사용되어 왔다. 특히 기계가 혹독한 환경과 까다로운 지형에 노출되는 경우에, 윤활제 손실 및 밀봉된 어셈블리로의 잔해 유입을 방지하는 데 추가적인 개선이 필요하다.

윤활제를 유지하고 잔해를 제거하기 위한 씰 어셈블리의 문제를 해결하기 위한 한 가지 시도는, Anderson 등이 1999년 6월 24일에 공개한 PCT 특허 공개 WO 99/31411에 설명되어 있다. '411 공개 특허는, 상호-체결 밀봉면을 갖는 한 쌍의 순응 씰 링을 포함하는 페이스 씰 어셈블리를 설명한다. 밀봉면은, 씰 링 상의 환형 표면들과 체결하는 환형 표면을 갖는 탄성 로드 링 한 쌍에 의해, 밀봉 체결 상태로 유지된다. '411 공개 특허는 페이스 씰 어셈블리 설계의 예시를 제공하지만, 개선의 여지가 있다.

본 개시는, 전술한 단점 및/또는 당업계에서의 다른 단점 중 하나 이상을 극복하는 것에 관한 것이다.

일 양태에서, 본 개시는, 축 방향으로 연장된 플랜지와 반경 방향으로 연장된 플랜지를 포함하고 L-형상의 단면을 갖는 씰 링을 포함하는, 듀얼 페이스 씰에 관한 것이다. 씰 링은, 축 방향으로 연장된 플랜지, 그리고 외부 대 직경, 외부 소 직경 및 내부 직경에 의해 정의된, 반경 방향으로 연장된 플랜지를 갖는다. 씰 링은, 환형 밀봉면, 및 대향하는 환형 로딩 표면을 추가로 포함한다. 환형 밀봉면은, 듀얼 페이스 씰 어셈블리 내의 제2 씰 링에 대해 밀봉하도록 구성된다. 환형 로딩 표면은 로드 링을 수용하도록 구성된다. 환형 로딩 표면은, 축 방향으로 연장된 플랜지 주위에 원주 방향으로 이격된 배열로 형성된, 복수의 변형부를 포함한다. 씰 링을 통하고 복수의 변형부 중 하나와 교차하는 축 방향 단면은, 외부 소 직경이 제1 소 직경 섹션과 제2 소 직경 섹션을 갖도록 단차형 기하 구조를 포함하되, 상기 제1 소 직경 섹션의 제1 직경은 제2 소 직경 섹션의 제2 직경보다 작다.

다른 양태에서, 본 개시는, 각각 L-형상의 단면을 갖는 제1 씰 링과 제2 씰 링을 포함하는, 듀얼 페이스 씰 어셈블리에 관한 것이다. 제1 및 제2 씰 링 각각은, 축 방향으로 연장된 플랜지, 그리고 외부 대 직경, 외부 소 직경 및 내부 직경에 의해 정의된, 반경 방향으로 연장된 플랜지를 포함하고, 상호 대면하는 환형 밀봉면 및 대향하는 환형 로딩 표면을 갖는다. 제1 로드 링 및 제2 로드 링은 제1 씰 링 및 제2 씰 링 중 하나에 각각 대응한다. 제1 및 제2 로드 링 각각은, 밀봉 체결에서 밀봉면을 유지하기 위해 대응하는 제1 또는 제2 씰 링의 환형 로딩 표면에 힘을 가하고 체결하도록 구성된, 내부 환형 표면을 갖는다. 제1 및 제2 씰 링 각각은, 축 방향으로 연장된 플랜지 내의 환형 로딩 표면 주위에서 원주 방향으로 이격된 배열로 형성된, 복수의 변형부를 포함한다. 축 방향으로 연장된 플랜지를 통하고 복수의 변형부 중 하나와 교차하는 축 방향 단면은, 제1 소 직경 섹션과 제2 소 직경 단면을 갖는 단차형 기하 형상을 포함한다. 제1 소 직경 섹션의 제1 직경은 제2 소 직경 섹션의 제2 직경보다 작다.

또 다른 양태에서, 본 개시는, 스핀들을 포함한 회전식 마운트, 스핀들을 수용하도록 구성되고 기계의 프레임에 장착되는 최종 구동 하우징, 및 듀얼 페이스 씰 어셈블리를 포함한, 최종 구동 시스템에 관한 것이다. 듀얼 페이스 씰 어셈블리는 제1 씰 링과 제2 씰링을 포함하고, 제1 씰 링과 제2 씰 링 각각은, 축 방향으로 연장된 플랜지와 반경 방향으로 연장된 플랜지를 포함하는 L-형상의 단면을 갖는다. 제1 및 제2 씰 링 각각은, 외부 대 직경, 외부 소 직경 및 내부 직경에 의해 정의되고, 상호 대면하는 환형 밀봉면 및 대향하는 환형 로딩 표면을 갖는다. 어셈블리는 제1 로드 링과 제2 로드 링을 추가로 포함하고, 각각은 제1 씰 링과 제2 씰 링 중 하나에 각각 대응한다. 제1 및 제2 로드 링 각각은, 밀봉 체결에서 밀봉면을 유지하기 위해 대응하는 제1 또는 제2 씰 링의 환형 로딩 표면에 힘을 가하고 체결하도록 구성된, 내부 환형 표면을 갖는다. 각각의 씰 링은, 축 방향으로 연장된 플랜지 내의 각각의 로딩 표면 주위에서 원주 방향으로 이격된 배열로 형성된 복수의 변형부를 포함하여, 축 방향으로 연장된 플랜지를 통하고 복수의 변형부 중 하나와 교차하는 축 방향 단면이 제1 소 직경 섹션과 제2 소 직경 섹션을 갖는 단차형 기하 형상을 포함하도록 하되, 상기 제1 소 직경 섹션의 제1 직경은 상기 제2 소 직경 섹션의 제2 직경보다 작다.

도면에서, 도면은 반드시 축척에 따라 그려지지는 않으며, 유사한 숫자는 상이한 도면에서 유사한 구성 요소를 나타낼 수 있다. 상이한 문자 접미사를 갖는 유사한 숫자는 유사한 구성 요소의 상이한 인스턴스를 나타낼 수 있다. 도면은 일반적으로 본 문서에서 논의된 다양한 실시예를 예시로서 나타내지만, 제한적으로 설명하지는 않는다.
도 1은, 적어도 하나의 예시에 따른, 씰 어셈블리를 포함할 수 있는 트랙형 기계의 입측면도이다.
도 2는, 적어도 하나의 예시에 따라, 도 1의 기계와 함께 사용하기에 적합하고 도 1의 2-2' 라인을 따라 취해진(예, 최종 구동부의 스핀들 축을 통한) 최종 구동 시스템의 단면도이다.
도 3은, 적어도 하나의 예시에 따라, 도 1의 2-2' 라인을 따라 취해진 도 2의 씰 어셈블리의 일부분의 단면도이다.
도 4는, 도 3의 씰 어셈블리의 일부분의 확대도이나, 적어도 하나의 예시에 따른 도 2의 최종 구동 시스템 내에서 압축된 상태이다.
도 5는, 적어도 하나의 예시에 따른 도 2의 씰 링의 축방향 도면이다.
도 6은, 적어도 하나의 예시에 따른 도 5의 씰 링의 일부분의 사시도이다.
도 7은, 적어도 하나의 예시에 따른 미압축 상태에서, 도 2의 로드 링과 씰 링의 축방향 도면이다.
도 8은, 적어도 하나의 예시에 따른 미압축 상태에서, 도 7의 로드 링과 씰 링의 일부분의 축방향 확대 도면이다.
도 9는, 적어도 하나의 예시에 따른 압축 상태에서, 도 7의 로드 링과 씰 링의 일부분의 축 방향 확대 도면이다.

한 쌍의 씰 링을 통해 회전 면-대-면 접촉 관계를 갖고 로드 링 인터페이스에 대해 개선된 씰 링을 포함한, 듀얼 페이스 씰 어셈블리의 다양한 예시가 본원에서 설명된다. 본 개시에서 설명된 예시는, 씰 어셈블리 내의 회전, 누출, 마모 및 패킹을 방지한다. 손상을 방지하는 것 이외에, 본원에 설명된 예시는, 또한 잔해가 씰로 들어가는 것을 방지할 수 있다.

본원에 설명된 씰 어셈블리는, 로드 링과 씰 링 사이의 토크를 유지하는 능력을 개선하기 위해, 내부 환형 표면을 갖는 로드 링과 로딩 표면에서의 변형부를 갖는 씰 링 사이의 접촉 면적 및 파지를 증가시킴으로써 고장을 최소화한다.

이제, 본 개시의 구현예에 대한 참조가 상세하게 이루어질 것이며, 그 예시는 첨부된 도면에 도시되어 있다. 동일한 참조 번호는, 일반적으로 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성 요소를 지칭한다. "실질적으로" 및 "대략"과 같은 상대적 용어는 언급된 숫자 값에서, 예를 들어 ±10%의 가능한 변동을 나타내는 데 사용된다. 본원에서 정의된 바와 같이, 용어 "또는" 또는 "및"은 "또는", "및" 또는 "및/또는"을 포함한다.

도 1은, 적어도 하나의 예시에 따라, 씰 어셈블리를 포함할 수 있는 기계(10)의 입측면도를 나타낸다. 기계(10)는, 언더캐리지를 함께 형성하는 구동 스프로킷(16), 아이들러(18) 및 롤러(20) 주위에서 굴러가는 한 쌍의 연속 트랙(14)을 포함하는, 트랙형 구동 시스템을 포함할 수 있다. 트랙형 구동 시스템(12)이 기계(10)를 이동시키도록, 모터(22)는 회전 운동을 최종 구동 시스템(24)으로 전달하고, 구동 스프로킷(16)(예, 휠 마운트)을 회전시킨다. 구동 스프로킷(16)의 회전은, 연속 트랙(14)을 구동 스프로킷(16), 아이들러(18) 및 롤러(20) 주위로 이동시켜, 접지 표면(1)에 대한 기계(10)의 이동을 가능하게 한다. 모터(22)는, 디젤 구동식, 가스 구동식, 또는 천연 가스 구동식 엔진을 포함하나 이에 제한되지 않는, 당업계에 공지된 임의의 적절한 유형의 동력 공급원일 수 있다. 모터는, 또한 전기 구동 또는 하이브리드 구동 시스템을 포함할 수 있다.

다양한 예시에서, 기계(10)는 임의의 적절한 기계, 예컨대 범용 기계, 농업용 트랙터와 같은 트랙터, 스키드 스티어 로더, 군용 트랙 차량과 같은 트랙 차량, 휠 로더, 백호, 굴삭기, 재료 핸들러 등일 수 있다. 기계는, 또한 고정식 기계일 수도 있다. 기계(10)가 트랙형 기계의 맥락에서 예시되지만, 본 개시는 이에 의해 제한되지 않으며, 매우 다양한 다른 기계, 트랙을 갖는 기계와 트랙이 없는 기계 모두가 본원에 설명된 씰 어셈블리의 특징을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.

도 2는, 적어도 하나의 예시에 따라, 2-2' 라인을 따라(예, 스핀들(108)의 길이 방향 축(108a)을 통해) 취해진 도 1의 기계(10)의 최종 구동 시스템(24)의 단면도를 나타낸다. 도 2는, 본 개시의 원리에 따라 구성된 듀얼 페이스 씰 어셈블리(100)의 예시를 나타내고, 도시된 예에서 구동 스프로킷(16) 또는 타이어 마운트와 같은 제1 회전 부재를 포함한 제1 부재(102), 및 도시된 예에서 기계(10)에 볼트로 체결된 최종 구동 하우징과 같은 하우징을 포함한 제2 비회전 부재(104) 사이에, 밀봉부를 제공할 수 있다.

도시된 예에서 금속-대-금속 페이스 씰 어셈블리(100)(예, 듀얼 페이스 어셈블리)인 씰 어셈블리(100)는, 제1 부재(102)와 제2 부재(104) 사이에서 연장된 씰 공동(106)(도 4) 내에 배치된다. 일례로, 씰 어셈블리(100)는, 씰 어셈블리(100) 내에 윤활제를 유지하고, 먼지 및 다른 오염물이 씰 어셈블리(100)로 진입하는 것을 방지하는 데 사용될 수 있다.

본 개시는 트랙형 기계(10)용 최종 구동 시스템(24)의 맥락에서 구현될 수 있지만, 이에 따라 제한되지 않는다. 다른 예시에서, 본 개시의 원리에 따라 구성된 씰 어셈블리는, 회전 씰 어셈블리가 사용되는 다른 응용에 사용될 수 있다.

제1 및 제2 부재(102, 104)는 샤프트(108)(예, 스핀들)의 길이 방향 축(108a)를 중심으로 서로에 대해 회전 가능할 수 있고, 씰 어셈블리(100)는 제1 부재(102) 및 제2 부재(104)를 그 사이에서 그 사이에서 연장된 씰로 유체 밀봉하기 위한 수단을 제공한다. 일례로, 제2 부재(104)는 기계(10)의 프레임(26)에 장착되거나 프레임(26)에 대해 달리 장착되는 구성 요소를 포함할 수 있고, 제1 부재(102)는 길이 방향 축(108a)를 중심으로 제2 부재(104)에 대해 회전식으로 이동 가능한 구성 요소를 포함할 수 있다. 다른 예시에서, 제1 부재(102)는 고정식일 수 있고, 제2 부재(104)는 프레임(26)에 대해 회전 가능할 수 있다. 용어 "제1", "제2" 등의 사용은 단지 편리한 참조를 위한 것이며 어떤 방식으로도 제한하지 않는다.

제1 부재(102)는 제2 부재(104)에 대해 길이 방향 축(108a)을 중심으로 회전 가능하다. 제1 부재(102) 및 제2 부재(104)는 서로 이격된 관계로 길이 방향 축(108a)을 따라 서로 근접하게 배치되어서, 이들이 씰 갭 거리(D)에 의해 분리되도록 한다(도 4). 사용 중에, 제1 부재(102)와 제2 부재(104)는 길이 방향 축(108a)을 따라 서로에 대해 축 방향으로 이동할 수 있고, 이에 의해 씰 갭 거리(D)를 변화시킨다.

씰 어셈블리(100)는 제1 및 제2 씰 링(110, 112) 그리고 제1 및 제2 로드 링(114, 116)을 포함하며, 이들 모두는 환형이다. 제1 및 제2 씰 링(110, 112) 그리고 제1 및 제2 로드 링(114, 116)은, 제1 부재(102)와 제2 부재(104) 사이의 씰 공동(106) 내에 배치된다. 씰 어셈블리(100)의 제1 및 제2 씰 링(110, 112)은 서로 접하는 관계로 배치된다.

본원에 설명된 바와 같이, 제1 및 제2 씰 링(110, 112)은 서로 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 제1 씰 링(110, 112)의 설명은 제2 씰 링에도 적용될 수 있다. 제1 및 제2 씰 링(110, 112)과 마찬가지로, 제1 및 제2 로드 링(114, 116)은 또한 실질적으로 서로 동일할 수 있다. 따라서, 제1 로드 링(114)의 설명은 제2 로드 링(116)에도 적용될 수 있다. 그러나, 일부 예시에서, 씰 링(110, 112)은 동일하지 않을 수 있고, 로드 링(114, 116)은 동일하지 않을 수 있다.

제1 및 제2 로드 링(114, 116)은 제1 및 제2 씰 링(110, 112)에 각각 장착된다. 제1 및 제2 씰 링(110, 112)은 금속, 금속 합금, 세라믹 재료 및 이들의 조합과 같은 임의의 적합한 재료로 제조될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 제1 및 제2 로드 링(114, 116)은 니트릴, 실리콘, 또는 플루오로탄성중합체, 및 이들의 조합과 같은 적절한 탄성중합체 재료로 제조될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

씰 어셈블리(100)는 제1 및 제2 씰 링(110, 112)의 형태로 듀얼 페이스 씰을 제공한다. 씰 어셈블리(100)에서, 제1 로드 링(114)은 개스킷으로서 작용하고, 제1 부재(102) 및 제1 씰 링(110)과 밀봉식으로 체결되어 그 사이에 유체 기밀 밀봉부를 제공한다. 제2 로드 링(116)은 개스킷으로서 작용하고 제2 부재(104) 및 제2 씰 링(116)과 밀봉식으로 체결되어 그 사이에 유체 기밀 밀봉부를 제공한다.

도 3은, 적어도 하나의 예시에 따라, 도 2의 2-2' 라인을 따라 취해진 제1 및 제2 씰 링(110, 112) 그리고 제1 및 제2 로드 링(114, 116)의 단면도를 나타낸다. 제1 및 제2 씰 링(110, 112)은 각각 환형의 형태일 수 있다. 제1 씰 링(110)과 제2 씰 링(112)은 서로 인접해서, 제1 씰 링(110) 및 제2 씰 링(112)의 밀봉면(118, 120)이 서로 접촉하는 관계에 있도록 한다.

강한 씰 어셈블리를 유지하기 위해, 제1 씰 링(110)과 제1 로드 링(114)을 서로 고정된 관계로 유지하고, 제2 씰 링(112)과 제2 로드 링(116)을 각각 고정된 관계로 유지하는 것이 유익하다. 제2 부재(104)에 대한 제1 부재(102)의 회전을 제공하기 위해, 제1 씰 링(110)과 제2 씰 링(112)은, 가장 가까운 접촉점이 제1 및 제2 밀봉면(118, 120)을 따라 서로에 대해 회전한다.

도 4는 도 2의 씰 어셈블리 예시의 일부분의 확대도를 나타낸다. 제1 부재(102)와 제2 부재(104) 각각은, 로드 링 체결 표면(제1 및 제2 로드 링 체결 표면(122, 124))을 포함한다. 제1 부재(102)와 제2 부재(104)의 로드 링 체결 표면(122, 124)은, 적어도 부분적으로, 제1 부재와 제2 부재 사이에서 길이 방향 축(108a)을 따라 축 방향으로 연장된 씰 공동(106)을 정의한다.

로드 링 체결 표면(122, 124)은 일반적으로 환형이고 길이 방향 축(108a)과 동축이다. 나타낸 예시에서, 로드 링 체결 표면(122, 124) 각각은, 제1 및 제2 부재(102, 104)에 의해 길이 방향 축(108a) 주위에 둘러싸인 전체 원주에 대해 도 2에 나타낸 각각의 단면 형상을 실질적으로 연속 유지한다.

도 4에서 씰 링(110)을 참조하여 설명된 바와 같이, 각각의 씰 링(110, 112)은, 축 방향으로 연장된 플랜지(126)와 반경 방향으로 연장된 플랜지(128)를 포함하는 L-형상의 단면을 갖는다. 각각의 씰 링(110, 112)은 외부 대 직경(162), 외부 소 직경(164) 및 내부 직경(146)에 의해 정의된다. 각각의 씰 링(110, 112)은, 환형 밀봉면(118, 120), 및 대응하는 제1 또는 제2 로드 링(114, 116)을 수용하도록 구성된 환형 로딩 표면(134, 136)을 대향해서 추가로 포함한다.

각각의 밀봉면(118, 120)은, 샤프트(108)의 길이 방향 축(108a)(샤프트(108)는 도 4에 완전히 도시되지 않음, 도 3을 또한 참조)으로부터 반경 방향으로 연장된 플랜지(128)에 의해 정의된다. 제1 및 제2 씰 링(110, 112)의 밀봉면(118, 120)은, 반경 방향으로 연장된 환형을 형성하고 서로 밀봉 관계에 있다. 각각의 밀봉면(118, 120)은 외주부(130)까지 반경 방향으로 연장된다. 제1 및 제2 씰 링은 서로 인접하여, 제1 및 제2 씰 링(110, 112)의 적어도 일부분이 밀봉면(118, 120) 사이의 접촉 밴드(132)를 정의하기 위해 서로 접촉하는 관계에 있도록 한다.

길이 방향 축(108a)을 따라 제1 및 제2 씰 링(110, 112)의 축 방향 로딩은 제1 및 제2 로드 링(114, 116)에 의해 달성된다. 제1 및 제2 로드 링(114, 116)은 제1 및 제2 씰 링(110, 112)을 각각 탄성적으로 지지한다. 제1 및 제2 로딩 표면(134, 136)은, 제1 및 제2 씰 링(110, 112)을 따라 형성되어 제1 및 제2 로드 링(114, 116)을 각각 수용한다. 제1 로딩 표면(134)은, 반경 방향으로 연장된 플랜지(126)와 축 방향으로 연장된 플랜지(140)에 의해 형성된다. 제2 로딩 표면(136)은, 반경 방향으로 연장된 플랜지(128)와 축 방향으로 연장된 플랜지(142)에 의해 형성된다. 이 배열에서, 제1 로드 링(114)은 제1 씰 링(110)의 제1 로딩 표면(134)과 체결하고, 제2 로드 링(116)은 제2 씰 링(112)의 제2 로딩 표면(136)과 체결한다.

제1 부재(102)의 로드 링 체결 표면(122), 및 제1 씰 링(110)의 로딩 표면(134)은 서로 마주하고 이격된 관계에 있어서, 조립된 상태(예, 압축된 상태)에 있을 경우에 이들 사이에서 제1 로드 링(114)을 압축하도록 한다. 제2 부재(104)의 로드 링 체결 표면(124), 및 제2 씰 링(112)의 로딩 표면(136)은 서로 마주하고 이격된 관계에 있어서, 조립된 상태에 있을 경우에 이들 사이에서 제2 로드 링(116)을 압축하도록 한다.

즉, 제1 및 제2 부재(102, 104)의 로드 링 체결 표면(122, 124)은 제1 및 제2 씰 링(110, 112)의 로딩 표면(134, 136)과 대응하는 대면(예, 대향) 관계에 위치하여, 그 사이에 제1 및 제2 로드 링(114, 116)을 갖고 압축한다. 따라서, 제1 및 제2 씰 링(110, 112)의 축 방향 로딩은, 제1 및 제2 로드 링(114, 116)의 축 방향 로딩을 통해 제1 및 제2 부재(102, 104)에 의해 달성된다.

제1 및 제2 로드 링(114, 116)은, 제1 및 제2 씰 링(110, 112)을 탄성적으로 지지하고 제1 및 제2 씰 링(110, 112)의 밀봉면(118, 120)을 함께 구동하여 씰 링(110, 112) 사이의 접촉 밴드(132)를 정의한다. 제1 및 제2 로드 링(114, 116)은, 제1 및 제2 씰 링(110, 112)에 대해 길이 방향 축(108a)을 따라 반대 방향으로 축 방향 로드를 인가하도록 스프링 방식으로 각각 작용하여, 제1 및 제2 씰 링(110, 112)의 밀봉면(118, 120)을 접촉 밴드(132)를 따라 가압 하에 면-대-면 밀봉 접촉으로 유도하여, 작동 중인 유체 기밀 밀봉부가 형성되도록 한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 그리고 로드 링(114)을 참조하여 설명된 바와 같이, 각각의 로드 링(114, 116)은, 길이 방향 축(108a)을 중심으로 동심 배치되는 내부 환형 표면(144) 및 외부 환형 표면(148)을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 로드 링(114)의 내부 환형 표면(144) 및 외부 환형 표면(148) 둘 모두는 길이 방향 축(108a)에 실질적으로 평행할 수 있고/있거나 서로에 대해 축 방향으로 연장될 수 있다. 로드 링(114, 116)은 내부 반경 방향 표면(150)으로부터 외부 반경 방향 표면(152)까지 축 방향으로 연장될 수 있다.

제1 및 제2 씰 링(110, 112)은 길이 방향 축(108a)을 중심으로 서로에 대해 회전 이동 가능하다. 이러한 배열에서, 제2 씰 링(112)은, 제2 로드 링(116)을 통해 제2 부재(104)와 회전식으로 결합되기 때문에 고정 씰 링으로 간주될 수 있다. 대조적으로, 제1 씰 링(110)은, 제1 로드 링(114)을 통해 제1 부재(102)와 결합되기 때문에 회전 씰 링으로 간주될 수 있다. 예시에서, 제1 부재(102)는, 스프로킷 또는 휠 마운트(16)가 제2 부재(104)에 대해 길이 방향 축(108a)을 중심으로 회전할 수 있도록, 제2 부재(104)에 회전 가능하게 장착되는 스프로킷 또는 휠 마운트(16)(도 1)일 수 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 로드 링(114)은 제1 씰 링(110)의 제1 로딩 표면(134)과 체결하고, 제2 로드 링(116)은 제2 씰 링(112)의 제2 로딩 표면(136)과 체결한다. 씰 어셈블리(100)의 긴 수명과 양호한 성능을 보장하기 위해, 제1 로딩 표면(134)에서 제1 씰 링(110)에 대한 제1 로드 링(114)의 회전(예, 스피닝)을 방지하는 것이 중요하다. 마찬가지로, 제2 로딩 표면(136)에서 제2 씰 링(112)에 대한 제2 로드 링(116)의 회전을 방지하는 것이 중요하다.

그러나, 종래의 씰 어셈블리에서 회전을 방지하는 데에는 계속 어려움이 있다. 씰 어셈블리(100) 성능을 개선하고 제1 로드 링(114)과 제1 씰 링(110) 사이, 및 마찬가지로 제2 로드 링(116)과 제2 씰 링(112) 사이의 회전 발생을 감소시키기 위해, 로딩 표면(134, 136)과 로드 링 체결 표면(122, 124)에서 개선된 파지 및 토크에 대한 저항성이 요구된다.

도 4의 단면에 나타낸 바와 같이, 그리고 씰 링(110, 112)의 축 방향 및 사시도를 도시한 도 5 및 도 6으로부터, 로딩 표면(134, 136)(도 4)에서 파지 및 밀봉을 개선하기 위해, 복수의 변형부(138)가 씰 링(110, 112) 주위에서 원주 방향으로 이격된 배열로 형성될 수 있다. 변형부(138)는, 축 방향으로 연장된 플랜지(140, 142)의 로딩 표면(134, 136)에 형성될 수 있다. 씰 링(110)에 나타낸 바와 같이, 축 방향으로 연장된 플랜지(140)는 내부 말단(166)으로부터 외부 말단(168)까지 길이(141)를 연장할 수 있다. 일부 예시에서, 축 방향으로 연장된 플랜지(140)를 통해 그리고 변형부(138) 중 하나를 통한 축 방향 단면은, 축 방향으로 연장된 플랜지(140)를 따라 단차형 기하 구조 또는 단차형 직경을 포함하는 것으로 설명될 수 있다.

도 4의 예시에서, 그리고 씰 링(110)을 참조하여 설명된 바와 같이, 단차형 기하 구조는 단차형의 외부 소 직경(164)을 갖는 제1 로딩 표면(134)으로서 설명될 수 있다. 단차형의 외부 소 직경(164)은, 제1 외부 소 직경(164a) 및 제2 외부 소 직경(164b)을 포함할 수 있다(도 3). 제1 및 제2 외부 소 직경(164a, 164b) 둘 모두는 반경 방향으로 연장된 플랜지(126)의 외부 대 직경(162)에 비해 작다고 간주될 수 있다.

일부 예시에서, 그리고 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 변형부(138)는 외부 말단(168)에 근접하여 반경 방향으로 연장된 플랜지(126)로부터 원위에 위치할 수 있다. 다른 예시에서, 변형부(138)는 축 방향으로 연장된 플랜지(140)의 길이(141)를 따라 다른 위치에 위치할 수 있다. 예를 들어, 변형부(138)는 반경 방향으로 연장된 플랜지(126)에 근접하여 위치할 수 있다. 일부 예시에서, 제1 외부 소 직경(164a)은 축 방향으로 연장된 플랜지(140) 길이(141)의 25~75% 사이에서 연장될 수 있다. 일부 예시에서, 제2 외부 소 직경(164b)은 축 방향으로 연장된 플랜지(140) 길이의 25~75% 사이에서 연장될 수 있다. 일부 예시에서, 제1 외부 소 직경(146a)과 제2 외부 소 직경(164b) 각각은, 축 방향으로 연장된 플랜지(140) 길이(141)의 약 50%로 연장된다(각각은 ±20%의 범위 내에 있거나, 보다 바람직하게는 ±10%의 범위 내에 있음). 씰 링(110, 112)에서의 변형부(138)의 상호작용 및 로드 링(114, 116)과의 상호작용은 도 5 내지 도 9에서 더 설명될 것이다.

예시에서, 로드 링(114, 116)은 일정한 직경(146)에 의해 정의된 매끄러운(예, 실질적으로 일정한) 내부 환형 표면(144)을 갖는다. 로드 링(114, 116) 예시는, 씰 링(110, 112) 내의 변형부(138)와 인터페이스하도록 로드 링(114, 116)의 내부 환형 표면(144)을 따라 상보적 변형부를 포함하지 않는다. 오히려, 나타낸 예시에서, 로드 링(114, 116)은, 일정한 직경(146)(도 3) 및 균일한 내부 환형 표면(144) 치수를 갖는 내부 환형 표면(144), 또는 씰 링(110, 112) 내의 변형부(138)와 인터페이스하는 로드 링(114, 116)의 영역에 적어도 균일한 내부 환형 표면(144)을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 로드 링(114, 116)은 완전히 균일한 내부 직경(146)을 갖지 않을 수 있지만(도 3), 로드 링(114, 116)에 존재하는 임의의 변형 또는 불균일성은, 씰 링(110, 112)에서의 변형부(138)와 상보적인 형상 및 방식으로 반드시 인터페이스하지 않는다.

일부 예시에서 예시적인 로드 링(114, 116)은 씰 링(110, 112) 내의 변형부(138)를 충진하기 위한 상보적인 기하 구조를 포함하지 않기 때문에, 로드 링(114, 116)이 씰 링(110, 112) 상에 로딩되고 제1 및 제2 부재(102, 104)에 의해 조립된 상태(도 4, 도 9)로 압축될 경우에, 로드 링(114, 116)은 씰 링(110, 112)에 대해 압축된다. 제1 및 제2 부재(102, 104)의 압축력 하에서, 로드 링(114, 116)의 일부분은 변형부(138) 내로 왜곡되고 변형(예, 돌출, 압착)된다. 각각의 로드 링(114, 116)과 씰 링(110, 112) 사이의 이러한 인터페이스는, 종래의 밀봉 어셈블리에 비해 파지 및 밀봉을 개선할 수 있고 로드 링(114, 116)의 찢김을 감소시킬 수 있다.

도 5는 도 2의 씰 링(110, 112)(112는 도면으로부터 숨겨짐)의 축방향 도면을 나타내는 반면에, 도 6은 씰 링(110, 112)의 일부분의 사시도이다. 도 5 및 도 6 모두는 변형부(138)를 보다 상세하게 나타낸다. 본원에서 정의된 바와 같이, 변형부(138)는 정의된 표면 내로 함몰되거나 정의된 표면으로부터 외측 연장되는 특징부를 의미하는 것으로 이해된다. 정의된 표면은, 예를 들어 씰 링(110, 112)의 로딩 표면과 같은 링 형상을 포함할 수 있다. 도 5 및 도 6에서, 변형부(138)는 함몰부로서 나타나 있지만, 변형(138)부는, 또한 융기된 변형부를 포함할 수 있다.

도 7은, 미압축 상태에서 도 2의 예시적인 로드 링(114) 및 씰 링(110)의 축 방향 도면을 나타낸다. 도 8은, 도 7의 일부분의 확대도를 나타낸다. 도 7 및 도 8은 모두 로드 링(114)이 씰 링(110) 내의 변형부(138) 내로 연장되는 변형부를 포함하지 않을 수 있는 방법을 나타낸다.

도 9는, 도 7 및 도 8의 로드 링(114)과 씰 링(110)의 확대도를 나타내지만, 조립된 상태(예, 압축 상태)이다. 압축 상태에서, 로드 링(114)이 씰 링(110) 내의 변형부(138)의 일부분 내로 연장되고 이를 채우도록, 로드 링(114)은 변형된다. 반경 방향 힘 F_반경방향 (도 4 및 도 9)과 F_축방향 (도 4)에 의해 인가되는 압축 하에, 로드 링(114)의 변형(예, 압착, 밀기, 신장)은 씰 링(110)과 접촉하는 로드 링(114)의 표면적을 증가시킨다. 이러한 배열에서, 씰 링(110)과 접촉하는 로드 링(114)의 표면적의 양이 증가되기 때문에, 로드 링(114)과 씰 링(110) 사이의 파지가 개선된다. 상보적 변형부 없이 로드 링(114)을 제공하는 것을 포함한 예시의 한 가지 이점은, 로드 링(114)과 씰 링(110) 사이의 토크 하에 전단될 수 있는, 씰 링(110)을 향해서 로드 링(114)으로부터 반경 방향 안쪽으로 연장된 작은 특징부가 없다는 것이다.

산업상 이용가능성

일반적으로, 도 1 내지 도 9를 참조하여 나타내고 설명한 바와 같이, 전술한 개시는 다양한 산업 응용, 예컨대 트랙형 차량(10)용 최종 구동 시스템(24)의 씰 어셈블리(100)에서 유용성을 발견한다. 씰 어셈블리(100)는, 트랙형 차량(10)의 프레임(26)에 장착된 최종 구동 하우징(예, 제2 부재(104))과 회전 구동 스프로킷 또는 휠 마운트(예, 제1 부재(102)) 사이의 연결부에서, 스핀들(108) 위에 회전 밀봉부를 제공하는 데 사용될 수 있다.

본원에 설명된 씰 링(110, 112)과 로드 링(114, 116)을 포함하는 씰 어셈블리(100)의 일부 이점은, 듀얼 페이스 씰 어셈블리에서 토크 저항의 개선을 포함한다. 듀얼 페이스 씰 어셈블리는, 씰 링(110)과 최종 구동 하우징(104) 사이에 배치된 탄성중합체 로드 링(114)으로 하여금, 씰 링(110) 내의 복수의 변형부(138) 내로 압착시키고 로드 링(114)의 응력이 없는 표면적보다 더 큰 표면적에 걸쳐 더 많은 접합을 형성시켜서, 씰 링(110) 또는 최종 구동 하우징(104)에 대한 로드 링(114)의 회전 저항성을 제공하도록 구성될 수 있다.

다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 구현예는 개시된 기계의 실시 및 본 명세서를 고려함으로써 당업자에게 명백할 것이다. 본 명세서 및 실시예는 단지 예시적인 것으로 간주되도록 의도되고, 실제 범주는 청구범위 및 이들의 균등물로 표시된다.

Claims

듀얼 페이스 씰로서,
축 방향으로 연장된 플랜지(140)와 반경 방향으로 연장된 플랜지(126)를 포함하고 L자 형상의 단면을 갖는 씰 링(110)(상기 씰 링(110)은, 축 방향으로 연장된 플랜지(140)와 외부 대 직경(162), 외부 소 직경(164a) 및 내부 직경(146)에 의해 정의된, 반경 방향으로 연장된 플랜지(126)를 포함하고, 상기 씰 링(110)은 환형 밀봉면(118), 및 대향하는 환형 로딩 표면(134)을 추가로 포함함)을 포함하되,
상기 환형 밀봉면(118)은 듀얼 페이스 씰 어셈블리(100) 내의 제2 씰 링(112)에 대해 밀봉하도록 구성되고,
상기 환형 로딩 표면(134)은 로드 링(114)을 수용하도록 구성되고, 상기 환형 로딩 표면(134)은, 상기 축 방향으로 연장된 플랜지(140) 주위에서 원주 방향으로 이격된 배열로 형성된 복수의 변형부(138)를 포함하고, 상기 씰 링(110)을 통해 그리고 상기 복수의 변형부 (138) 중 하나와 교차하는 축 방향 단면은, 단차형 기하 구조를 포함하여 상기 외부 소 직경(164)이 제1 소 직경 섹션과 제2 소 직경 섹션을 갖도록 하되, 상기 제1 소 직경 섹션의 제1 직경(164a)은 상기 제2 소 직경 섹션의 제2 직경(164b)보다 작은, 듀얼 페이스 씰.
제1항에 있어서, 상기 복수의 변형부(138) 각각은 상기 로드 링(114)으로 하여금 상기 복수의 변형부(138) 내로 압착시켜 상기 씰 링(110)과 상기 로드 링(114) 사이의 접합을 증가된 표면적에 걸쳐 형성하여 상기 씰 링(110)과 상기 로드 링(114) 사이의 상대 회전에 대한 저항을 제공하도록 구성되는, 듀얼 페이스 씰.
제1항에 있어서, 상기 제2 소 직경 섹션(예, 164a)은 상기 제1 소 직경 섹션(예, 164b)보다 상기 반경 방향으로 연장된 플랜지(128)에 더 가깝게 위치하는, 듀얼 페이스 씰.
제1항에 있어서, 상기 제1 소 직경 섹션(예, 164a)은 상기 제2 소 직경 섹션(예, 164b)보다 상기 반경 방향으로 연장된 플랜지(128)에 더 가까운, 듀얼 페이스 씰.
제1항에 있어서, 상기 변형부(138)는 상기 축 방향으로 연장된 플랜지(140) 길이(141)의 25~75%로 연장되는, 듀얼 페이스 씰.
제1항에 있어서, 상기 듀얼 페이스 씰(110)은 듀얼 페이스 씰 어셈블리(100)에 통합되어, 트랙 차량(10)의 최종 구동 시스템(24)에서 회전 조인트를 밀봉하도록 구성되는, 듀얼 페이스 씰.
듀얼 페이스 씰 어셈블리(100)로서,
L자 형상의 단면을 각각 갖는 제1 씰 링(110)과 제2 씰 링(112)(상기 제1 및 제2 씰 링(110, 112) 각각은, 축 방향으로 연장된 플랜지(140, 142)와 외부 대 직경(162), 외부 소 직경(164a, 164b) 및 내부 직경(146)에 의해 정의된, 반경 방향으로 연장된 플랜지(126, 128)를 포함하고 상호 대면하는 환형 밀봉면(118, 120) 및 대향하는 환형 로딩 표면(122, 124)을 가짐); 및
제1 로드 링(114) 및 제2 로드 링(116)(상기 제1 로드 링(114)과 상기 제2 로드 링(116) 각각은 상기 제1 씰 링(110)과 상기 제2 씰 링(112) 중 하나에 각각 대응하고, 상기 제1 및 제2 로드 링(110, 112) 각각은 내부 환형 표면(144)을 갖되, 상기 제1 및 제2 로드 링(114, 116) 각각의 내부 환형 표면(144)은, 상기 대응하는 제1 또는 제2 씰 링(110, 112)의 환형 로딩 표면(122, 124)에 힘을 인가하고 체결하여 밀봉면(118, 120)을 밀봉 체결 상태로 유지되도록 구성됨)을 포함하되,
복수의 변형부(138)는, 상기 축 방향으로 연장된 플랜지(140, 142) 내의 환형 로딩 표면(122, 124) 중 하나의 주위에서 원주 방향으로 이격된 배열로 형성되고, 상기 축 방향으로 연장된 플랜지(140, 142)를 통해 그리고 상기 복수의 변형부 (138) 중 하나와 교차하는 축 방향 단면은, 제1 소 직경 섹션과 제2 소 직경 섹션을 갖는 단차형 기하 구조를 포함하되, 상기 제1 소 직경 섹션의 제1 직경(164a)은 상기 제2 소 직경 섹션의 제2 직경(164b)보다 작은, 듀얼 페이스 씰 어셈블리.
제7항에 있어서, 제1 부재(102)가 제1 로드 링(114)을 둘러싸고 압축력을 인가하는 경우에, 상기 제1 로드 링(114)의 적어도 일부분은 상기 제1 씰 링(110) 내의 복수의 변형부(138) 내로 압착되고 상기 제1 로드 링(114)을 변형시켜, 상기 제1 로드 링(114)과 상기 제1 씰 링(110) 사이의 접합이, 상기 압축력(F)이 인가되지 않는 경우보다 상기 제1 로드 링(114)의 더 큰 표면적에 걸쳐 일어나도록 하는, 듀얼 페이스 씰 어셈블리(100).
제7항에 있어서, 상기 제1 로드 링(114)의 내부 환형 표면(144)은 일정한 직경을 갖는, 듀얼 페이스 씰 어셈블리(100).
제7항에 있어서, 상기 제2 소 직경의 섹션(예, 164b)은 상기 제1 소 직경의 섹션(예, 164a)보다 상기 반경 방향으로 연장된 플랜지(126)에 더 가까운, 듀얼 페이스 씰 어셈블리(100).