KR0145456B1 - 충전밸브를 구비한 가스스프링 - Google Patents

충전밸브를 구비한 가스스프링

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KR0145456B1
KR0145456B1 KR1019940013356A KR19940013356A KR0145456B1 KR 0145456 B1 KR0145456 B1 KR 0145456B1 KR 1019940013356 A KR1019940013356 A KR 1019940013356A KR 19940013356 A KR19940013356 A KR 19940013356A KR 0145456 B1 KR0145456 B1 KR 0145456B1
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피. 카터 죠나단
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마이클 씨. 다이볼트
다이볼트 인터내쇼날 인코오퍼레이티드
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Abstract

본 발명은 가스스프링용 충전밸브 및 피팅에 관한 것이다. 충전밸브는 하우징내의 캐버티내에 미끄럼가능하게 수용되어 스프링내의 가스챔버내에 가스를 유지시키기 위한 제 1밀봉위치와 챔버로부터 가스를 배출하여 챔버내의 압력을 해제하기 위한 제 2위치사이에서 이동가능한 몸체를 갖추고 있다. 가스로 챔버를 충전하기 위하여, 코어밸브가 몸체에 설치된다. 바람직하게, 하우징은 중심부에 의해 분리된 한쌍의 외면 나사부를 갖춘 표준통기형 커플링의 외형과 치수를 가지며, 평행한 편평면은 하우징을 설치하고 제거하기 위해 공구에 의해 맞물리도록 구성되어 배열된다. 몸체는 대향 유효면을 갖추고 있으며, 챔버내의 가스가 공급라인 압력보다 더 큰 압력으로 압축되도록 하기 위하여 하우징내의 입구에 인접한 유효면을 출구에 인접한 유효면 보다 더 크다.
바람직하게, 유효면의 배울은 챔버내의 가스가 공급라인압력의 약 6배의 압력까지 압축되도록하기 위하여 약 4:1 내지 8:1의 범위이며 바람직하게는 약 6:1이다.

Description

충전밸브를 구비한 가스스프링
제 1도는 본 발명의 가스스프링과 충전밸브의 측단면도,
제 2도는 제 1도의 2-2선을 따른 충전밸브의 확대부분단면도,
제 3도는 충전밸브와 이에 부착된 가스공급호스의 부분적으로 단면인 부분확대도.
[발명의 분야]
본 발명은 가스스프링에 관한 것이며, 보다 상세히는 가스스프링용 충전밸브에 관한 것이다.
[발명의 배경]
가스스프링은 예를들면 판금부품을 형성하기 위한 프레스의 다이에서 금속반제품용 체결링과 같은 부분이 움직임을 방지하는 데에 통상 사용된다. 통상 이러한 스프링은 충전밸브를 통하여 실린더내에서 질소등 비활성 가스로 소정 압력, 예컨대 2000Psi로 충전되는 챔버를 갖춘 실린더에 수용된 활주형 피스톤 또는 헤드에 연결된 작동로드로 구성된다. 이것은 외부에서 로드로 가해지는 힘이 헤드에 가해지는 챔버내의 가스에 의한 반발력 보다 클때 로드가 그 수축 위치로 유연하게 이동하도록 하는 가스스프링 또는 쿠션을 제공한다.
원격제어패널에 파이프연결된 시스템에서 가스스프링용 가스로 챔버를 충전하기 위하여, 충전밸브를 내포하여 실린더챔버에 이르는 통로와 연통하는 실린더내의 밸브캐버티내에 나사식으로 수용된 니플 또는 피팅에 의해 가스공급라인이 실린더에 호스로 연결되어 있다. 가압된 가스는 통상 챔버내의 가스의 압력이 라인압력에 도달할때까지 충전밸브를 통하여 챔버로 도입된다. 충전밸브는 챔버를 충전시키는 동안 가스가 한방향으로만 흐르게하는 코어밸브가 구비된 포핏밸브몸체를 갖추고 있다. 포핏밸브몸체는 캐버티내에서 챔버로부터 가스누출방지용 제 1밀봉위치와, 챔버내의 압력을 제거하기 위한 가스배출용 제 2위치 사이에서 이동가능하다.
포핏밸브몸체는 가스공급라인과 연통하는 제 1유효면 및 실린더 챔버에 이르는 통로와 연통하는 제 2유효면을 갖추고 있다. 챔버내의 가스를 공급라인에서의 가스압력보다 실질적으로 더 큰 압력으로의 압축을 가능하게 하기 위하여, 제 1유효면은 제 2유효면보다 더 넓게 설계된다. 챔버내의 가스가 압축될 수 있는 최대압력은 통상 이러한 유효면 비에 좌우된다. 이러한 구조의 충전밸브를 갖춘 가스스프링은 미합중국 특허 제 4,838,527호에 개시되어 있다.
약 4:3내지 4:1의 범위내에서 유효면비를 갖는 이러한 구조의 충전밸브가 개시되었지만, 밀봉위치에 있을때 밸브몸체와 실린더 사이의 밀봉 구조로 인해 실제 최대 비율이 약 3:1로 제한되며, 이것은 작동중에 챔버로부터 가스를 배출하기 위하여 밸브몸체가 이동하기 전에 가스가 압축될 수 있을 정도로 최대압력을 제한하게 된다. 그결과, 이러한 구조의 충전밸브를 사용하면 이 최대압력 초과를 방지하기 위하여, 더 큰 챔버체적, 더 넓은 유효면 및/ 또는 더 긴 행정을 제공하는 더 긴 로드와 챔버를 필요로하게 되어 큰 구조의 가스스프링이 제작될 수 밖에 없다.
더욱이, 이러한 밸브는 니플에 의하여 실린더의 밸브 캐버티내에 수용유지되므로 수리 및 교환이 많은 시간과 비용이 소요된다.
[발명의 개요]
본 발명은 가스스프링용의 컴팩트한 충전밸브조립체로서, 바람직하게는 배관시스템에서, 압축가스로 챔버를 충전시키거나 압축가스를 제거하는 충전밸브 조립체이다. 충전밸브는 피팅하우징내에 수용되어 있어 가스스프링 실린더내의 가스챔버에 가스를 유지하기 위한 제 1밀봉위치와 챔버의 압력을 제거하기 위한 가스배출용 제 2배출위치 사이를 활주이동 가능한 포핏밸브몸체를 갖추고 있다. 챔버를 가스로 충전시키기 위한 코어밸브가 포핏밸브몸체에 설치된다. 챔버에서 압축가스를 방출하기 위하여, 포핏밸브몸체는 밀봉과 맞물리는 폐쇄위치에서부터 챔버를 대기로 개방된 배출통로에 연통시키는 개방위치로 이동되도록 하는 것이 바람직하다. 하우징은 밸브몸체를 내부에서 활주가능하게 수용하기 위한 캐버티를 제공하는 관통통로에 의해 상호연결되는 입구와 출구가 양단에 형성된 피팅 또는 니플이다. 가스공급라인과의 연결을 위하여 입구는 커플링을 수용하도록 나사식으로 되어 있으며, 가스스프링에 연결하기 위하여 출구끝은 가스챔버와 연통하는 실린더내의 통로에 연결되도록 나사식으로 되어 있다. 피팅을 설치하고 제거하기 위해 이것을 회전시키는 공구에 의해 맞물리기 위하여, 하우징의 중앙부는 평행한 편평면이다. 하우징은 고압호스 피팅을 나사식 포트에 연결하기 위하여 어댑터 커플링의 외형과 치수를 갖는 것이 바람직하다. 몸체가 폐쇄위치에 있을때 밸브몸체와 하우징 사이를 가스밀봉하기 위하여, 하우징은 가스유동중에 정해진 위치를 견고하게 유지되도록 하기 위하여 출구의 양측면상에서 출구를 에워싸도록 금형된 플랜지가 구비된 환형시일 또는 고리를 갖추고 있다.
밸브몸체를 그 개방 및 폐쇄위치로 이동시키기 위하여, 챔버내의 가스압력에 좌우되는 통상 대향 제 2유효면 보다 더 크고, 입구 가스압력에 좌우되는 제 1유효면을 가진다. 비교적 컴팩트한 구조의 가스스프링을 제작하기 위하여 밸브몸체는 제 1유효면과 제 2유효면의 비율을 1:1 이상 내지 약 8:1, 바람직하게는 약 6:1로 구성할 수 있으며, 이 비율에 의하여 작동시에 챔버내의 가스를 공급라인 가스압력 보다 최대 약 8배, 바람직하게는 약 6배까지 압축시킬 수 있게 된다.
본 발명의 목적, 특징 및 이점은 가스스프링의 충전기 및 배출 밸브를 제공하여 가스챔버내의 가스가 고압으로 압축되도록 하는 것이며, 가스스프링이 보다 컴팩트한 구조로 되도록하며, 가스스프링내의 압축가스가 별도의 배출통로없이 챔버로부터 배출되도록 하여, 가스스프링의 압력급증이 공급라인내의 가스로 전달되는 것을 방지함으로써 가스공급라인의 마모 및 파열을 방지하며, 표준의 소형 커플링과 같은 외부형상을 갖출 수 있으며, 보수·교환을 위한 설치 및 제거가 용이하며, 하우징내에서 확고하게 고정·밀봉되며 단단하고 내구성이 있고 디자인이 단순하고 제작하기에 경제적이고 조립 및 사용하기에 용이한 점이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 이점은 이하의 최상형태의 상세한 설명, 특허청구의 범위 및 첨부도면으로부터 명료하게 알 수 있을 것이다.
[발명의 상세한 설명]
제 1도는 일단계 가스스프링(20)과 이 스프링(20)을 압축가스로 충전시키는 것을 용이하게 하고 작동중에 스프링(20)내의 압력을 조절하기 위한 충전밸브조립체(22)를 예시하고 있다. 가스스프링(20)은 챔버(30)를 형성하는 실린더 또는 튜브조립체(28)내에서 수용된 활주형 피스톤 또는 헤드(26)를 말단에 가지고 있는 로드(24)를 갖추고 있으며, 압력하에서 가스로 충전되면 피스톤로드(24)를 그 연장위치로 밀고, 로드(24)의 자유단(반대편 말단)에 가해진 힘에 응답하여 수축된 위치(제 1도의 모형에 도시되어 있음)로 이동될 수 있다.
바람직하게는, 실린더(28)는 실린더튜브(32)와, 분리튜브(32)에 고정되며 그 원주를 따라 가스밀봉(도시되지 않음)되는 챔버캡(34)을 갖추고 있다. 로드(24)는 튜브(32)내에 배치된 베어링 및 밀봉 조립체(36)에 활주가능하도록 수용되어 튜브(32) 내의 홈(40)에 수용된 링부분(38)에 의해 해체가능하게 유지된다. 이 조립체(36)는 바람직하게는 간섭이 알맞게, 후방 하우징(44)의 카운터보어(48)내에서 양 하우징(42,44)사이에 수용된 로드시일 또는 개스킷(46)을 갖춘, 후방하우징(44)내에 수용된 전방하우징(42)을 갖추고 있다. 후방하우징(44)내의 홈(54)에 수용된 0-링(50) 및 지지링(52)에 의해 실린더튜브(32) 및 후방 하우징(44) 사이가 밀봉된다.
바람직하게는, 로드시일(46)은 챔버(30)내에 수용된 압축가스를 이용하기 위하여 C자 모양의 단면을 갖도록 구성되고 배열되어, 로드(24)와 베어링 및 밀봉조립체(36) 사이에 밀봉을 개선하여 챔버(30)로 부터의 가스손실을 방지한다. 바람직하게는, 로드시일(46)은 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 저마찰 및 고마모저항의 탄성소재로 만들어진다. 이러한 시일은 미합중국 특허 제 4,508,356호에 개시되어 있으며, 캘리포니아 90245 엘 세군도 이스트 메이플 애비뉴 2051에 위치한 테트라플루오르 인코오퍼레이티드(Tetrafluor,Inc.,)로부터 상표명 “테트랄린 멀티- 플렉스 시일즈(Tetralene Multi-Flex Seals)”하에 시중에서 구입가능하다.
피스톤로드(24)는 하우징(42,44)의 카운터보어(60,62)에 수용된 베어링(56,58) 내에 활주 가능하게 수용된다. 바람직하게는, 베어링(56,58) 은 소결청동과 같은 적절한 금속으로 만들어지며, 바람직하게는 챔버(30)내에 배치된 소량의 합성고온 윤활유와 함께 윤활제가 포함되어 내구성이 높은 베어링을 만들어내며, 이것은 로드(24)가 용이하게 수축위치와 확장위치사이에서 활주되도록 한다. 오염물질이 베어링 및 밀봉조립체(36)로 들어가는 것을 방지하기 위하여, 바람직하게는 환형의 로드 스크레이퍼(64)가 전방하우징(42)내의 오목부(66)내에 수용되고, 먼지 캡(68)이 조립체(36) 위에 놓여져 튜브(32)의 끝(70)내에 고정된다.
연장위치로의 로드(24)의 이동범위는 피스톤 로드(24)의 헤드(26) 상의 쇼울더(74)가 후방하우징(44)의 끝면(72)에 접촉됨으로써 제한된다. 완전히 수축된 위치로의 로드(24)의 이동범위는 챔버캡(34)에 의해 제한된다. 정상작동중에, 바람직하게는 로드(24)의 작동행정은 헤드(26)가 챔버캡(34) 상에 바닥이 닿지않도록 충분히 짧아 그 사이에 간극이 있다.
바람직하게는 지금까지 설명한 가스스프링은 미합중국 특허 5,129,635호에 따라 구성되며, 이것의 기재는 여기에 참고로 인용되며 따라서 더 이상 상세하게 기재되지 않을 것이다.
스프링(20)의 챔버캡(34)은 충전밸브조립체(22)의 한끝을 수용하기 위한 나사식 캠버티(76)를 갖추어서 실린더 챔버(30)로 개방되는 통로(78)와 연통한다. 캐버티(76)는 참고로 인용된 미합중국 특허 제 4,838,527호 내에 기재된 구조 및 장치이거나 또는 충전밸브(22)의 한끝을 수용하기 위하여 나사식으로 된 챔버캡(34)내의 단순한 보어이다.
제 2도 및 제 3도를 참조하면, 충전밸브(22)는 포핏밸브몸체(80)를 갖추고 있으며, 이것은 컴팩트한 피팅 하우징(82) 내에 활주가능하게 수용되어 챔버(30)내에 가스를 유지시키기 위한 제 1밀봉위치(제2도)와 챔버(30)로부터 가스를 배출하여 챔버(30)내의 압력을 해제하기 위한 제 2배출위치(제3도) 사이에서 이동가능하다. 코어밸브(84)와 같은 체크밸브는 포핏밸브몸체(80)에 설치되어 가스공급라인호스(104)에 의해 연결된 원격제어패널(도시되지 않음)로부터 챔버(30)를 가스로 충전시키는 것을 용이하게 한다.
피팅하우징(82)은 포핏밸브몸체(80)를 수용하기 위한 밸브캐버티(86)을 형성하는 관통통로를 갖추고 있으며, 캐버티(86)의 한끝에 입구(88)와 그 대향 끝에 출구(90)를 갖추고있다. 작동중에 밸브몸체(80)를 캐버티(86)내에 유지시키기 위하여, 하우징(82)은 밸브몸체(80)의 한끝과 보완되는 오목부(93) 및 입구(88)와 연통하는 개구부(94)를 구비한 유지디스크(92)를 갖추고 있다. 바람직하게는 디스크(92)는 입구(88)에 인접한 하우징(82)내의 카운터보어로 눌러져 끼워맞춰진다. 그 대향끝에서, 하우징(82)은 출구(40)의 직경보다 폭이 좁은 일체로된 환형의 끝벽(98)을 갖추고 있다. 하우징(82)은 바람직하게는 통상 가스공급 라인(104)(제 3도)의 커플링(102)을 나사식으로 수용하기 위한 입구(88)에 인접한 나사부(100)와 가스스프링(20)의 끝캡(34)내의 나사식 캐버티(76)로의 삽입을 용이하게 하기 위하여 출구(90)에 인접한 나사부(106)를 갖춘 원통형구조이다.
바람직하게는 하우징(82)은 렌치와 같은 공구(도시되지 않음)에 의해 맞물리기 위하여 동일각도로 이격되어 구성되며 배열된 나사부(100 및 106)사이에 3쌍의 평행인 편평면(108)을 구비한 확대된 중앙부를 갖추고 있어서, 나사식 캐버티(76)로부터 충전밸브(22)를 삽입 또는 제거하고, 가스공급라인 커플링(102)과의 결합과 해체를 용이하게 한다. 바람직하게는, 편평면(108)은 5/8인치의 육변형 렌치로 맞물리기 위해 구성되고 배열되며, 바람직하게는 평행한 편평면 사이에 5/8인치보다 짧은 길이 및 인접 편평면이 교차하는 대향 코어사이에 약 3/4인치 보다 짧은 길이를 갖추고 있다.
가스스프링(20)의 챔버캡(34)과 피팅하우징(82)사이를 가스밀봉 하기 위하여, 가요성의 탄성물질인 0- 링은 나사부(106)와 편평면(108) 사이에서 하우징(82)상에 바람직하게 수용된다.
피팅하우징(82)과 가스공급라인 커플링(102)사이를 가스밀봉 하기 위하여, 0-링(112)은 커플링(102)내에 신축적으로 끼워넣을 수 있는 가스공급라인(104)의 출구 노즐(116)의 끝면(115)에 대항하여 밀봉지지하는 유지디스크(92)내의 오목부(114)내에 바람직하게 수용된다.
바람직하게, 설치될때 실린더(28)로부터 최소 반경방향돌출부를 갖춘 컴팩트한 구조의 피팅하우징(82)을 제작하기 위하여, 그 입구끝(88)으로 부터 튜브(32)에 가까이 인접한 편평면(108)의 축 길이는 1인치 보다는 크지 않으며, 바람직하게는 3/4인치이다. 바람직하게 피팅하우징(82)은 전체 축선방향 길이가 1 인치보다 크지 않으며, 바람직하게는 약 1.10인치이다.
피팅하우징(82)은 바람직하게 보완 커플링(102)을 구비한 7/16 직경의 고압호스(104)를 연결하는, 시중에서 구입가능한 표준의 통기형 수 피팅과 동일한 외형 및 치수를 가지며, 그래서 피팅하우징(82)은 바람직하게 인치 당 나사산이 18UNF인 9/16의 직경을 갖춘 나사부(100)를 갖추고 있다.
이것은 시중에서 파커사(Parker社)로부터 구입가능한 고압호스에 대해 표준직경 9/16-18인 암피팅의 입구에 부착된다. 중앙부는 6개의 편평면(108)을 구비한 5/8인치의 육변형을 가지며, 출구끝의 나사부(106)는 연결된 특정한 가스스프링에 따라 종래의 여러나사부중에서 어느 하나를 사용할 수 있다. 예를들면, 나사부(106)는 ①인치당 20 개의 UNF 또는 NF나사산을 가지며 SAE-5의 0-링을 구비한 호칭직경이 ½인치인 수 피팅, ②인치당 20 개의 UNF 또는 NF 나사산을 가지며 SAE-4의 0- 링을 구비한 호칭직경이 7/16인치인 피팅, ③0- 링 시일을 필요하지 않으며 인치당 27개의 나사산을 가지며 호칭직경이 1/8 인치인 피팅, 및 ④인치당 28개의 나사산을 가진 압력이 새지 않는 조인트용 영국 표준 파이프 나사(BSPP)와 하우징(82)의 확대된 중앙부의 축선방향 외면내의 밀봉하는 0- 링을 갖춘 G1/8인치 호칭치수의 피팅중에서 어느 하나를 가질 수 있다.
앞의 세종류(①~③)의 나사부를 출구부분을 구비한 하우징은 시중에서 파커사(社)로부터 구입가능하며 상표명 “시일-록(Seal-Lok)”하에 부품번호 4-5F50L0-S, 4F50L0-S, 4FL0-S로 각각 팔리는 호스 커플링을 대체한다.
전진 위치(제2도)일때의 밸브몸체(80)와 피팅하우징(82)의 사이를 가스밀봉하기 위하여, 노우즈 시일(118)은 하우징의 출구끝(90)내에 수용된다.
바람직하게, 시일(118)은 환형부(124)에 의해 이격되어 연결된 한쌍의 환형 플랜지(120,122)를 구비한 고리형상이다. 시일(118)은 벽(98)의 대향측면상에 플랜지(120,122)를 구비한 끝벽(98)상에 수용되어 스프링(20)에 가스를 충전하거나 배출하는 동안 가스에 의하여 끝벽(98)으로부터 시일(118)이 분리되지 않게 한다. 바람직하게, 시일(118)은 끝벽(98)과 출구(90) 둘레의 정위치에 성형되어 소출구 끝 유효면(A2)을 갖는 밸브몸체(80)를 효과적으로 밀봉하며, 바람직하게는 우레탄과 같은 가요성의 내구성 있는 탄성물질로 구성된다. 밸브몸체(80)가 수축 또는 배출위치(제3도)에 있을때 충전밸브(22)가 원통형 챔버(30)로부터 가스를 배출하기 위하여, 하우징(82) 내의 배출통로(126)는 하우징(82)내의 밸브캐버티(86)를 하우징(82)의 외부대기와 연통시킨다.
밸브몸체(80)는 밸브캐버티(86)내에 활주가능하게 수용된 주원통부(128)에 의해 하우징(82)내에 저널연결되며, 캐버티(86)의 원통부(132)의 직경보다 더 조금 감소된 직경을 갖는 섕크부(130)를 구비하여 그 사이에 배출통로(126)와 연통하는 환형채널을 형성하고, 밸브가 그 개방위치에 있을때 시린더 챔버(30)내의 압축가스가 대기로 배출될 수 있다.
코어밸브(84)는 몸체(80)를 통하여 통로(134)내에 수용되어 나사부(136)에 의해 통로(134)내에 분리가능하도록 유지된다. 몸체(80)내의 쇼울더(142) 상에 수용된 0- 링(140)과 지지링(138)에 의해 하우징(82)과 몸체(80)사이가 밀봉된다.
코어밸브(84)는 원통형 몸체(150) 내에 활주가능하게 수용되어 스프링에 의해 정상 폐쇄상태로 가압되는 밸브헤드(152)의 대향끝에 연결된 스템(148)을 갖추고 있다. 적당한 코어밸브는 항공기 스트럿 및 어큐뮬레이터용으로 시중에서 구입가능한 충전코어 밸브이다.
챔버(30)의 가스충전 및 스프링(20)의 정상작동중에, 밸브몸체(80)의 환형노우즈 또는 팁(146)이 시일(118)과 견고하게 밀봉되게 하기 위하여, 밸브몸체(80)의 입구끝의 유효면(A1)은 노우즈(146)의 출구유효면(A2)보다 더 크다. 바람직하게, 입구 끝의 유효면(A1)은 수용되는 캐버티(86)의 코어부 또는 횡단면과 같다. 밸브 몸체(80)가 밀봉위치에 있을때, 출구유효면(A2)은 통로(134)의 횡단면과 같으며, 몸체(80)의 노우즈(146)의 면적을 포함하지 않는다. 바람직하게, 입구 유효면과 출구유효면의 비울(A1:A2)은 약 1:1 내지 8:1의 범위이며, 최대 작동압력으로의 작동중에 로드(24)가 완전히 수축된 작동위치에 있을때 피스톤로드(24) 및 헤드(26)가 챔버(30)내의 가스를 실질적으로 압축하도록 하기 위해서는 약 6:1이 바람직하다.
배출압력과 챔버(30)내의 가스가 압축될 수 있는 최대압력은 이 유효면의 비율(A상기1:A2) 및 밸브(22)의 입구끝 유효면(A1)에 대항하여 가해지는 공급라인(104)내의 가스의 압력의 함수이다. 면적(A2) 상에 작용하는 챔버(30)내의 가스압력에 의해 발생된 힘(F2)이 스프링 가압된 코어밸브(84)에 대항하여 작용하는 입구(88)에 공급된 가스의 압력에 의해 발생된 힘(F1)을 넘어서면, 밸브몸체(80)는 제 2도에 도시된 밀봉위치로부터 제 3도에 도시된 배출위치로 변위되어 밸브몸체(146)와 시일(118) 사이에 밀봉상태가 해소되면서 가스가 밸브부(130)와 하우징(82) 사이의 환형채널을 통하여 챔버(30)로부터 배출통로(126) 밖의 대기로 방출되도록 한다. 밸브가 초기에 개방될때, 밸브몸체(80)의 노우즈(146)에 의해 제공된 면적을 포함하므로 챔버(30)내의 가스에 노출된 출구끝의 유효면(A2)이 실질적으로 증가하기 때문에 몸체(80)는 완전개방 위치로 신속히 이동된다.
또한 이것은 챔버(30) 내에 실질적인 압력강하가 발생할때까지 라인압력이 적당하게 감소되는 동안, 포핏밸브몸체(80)가 개방배출위치에 유지되도록 한다.
사용시, 충전밸브조립체(22)는 하우징(82)상의 편평면(108)과 맞물리는 공구를 사용하여 실린더 챔버캡(34)내의 나사식 캐버티(76)내로 용이하게 삽입되며, 이것은 구형장치의 개장에 사용하기 위한 미합중국 특허 제 4,838,527호에 개시되어 있다. 가스 공급라인(104)의 커플링(102)은 적당한 렌치를 이용하여 입구(88)에 인접한 하우징(82)의 나사부(100)에 연결될 수 있다. 커플링(102)은 가스공급라인 노즐(116)의 축선방향외면(115)을 0- 링(112)과 견고하게 맞물리게 가압하여 2개의 피팅사이에 가스가 새지않도록 연결시킨다.
가스 스프링(20)을 충전하기 위하여, 압축가스는 공급라인(104)으로부터 코어밸브(84)를 통하여 가스챔버(30)로 유입된다. 가스가 코어밸브(84)로 유입됨에 따라, 그 스템(148)은 축선방향 안쪽으로 이동되어 가스가 통로(134) 및 통로(78)를 통하여 가스챔버(30)로 유동하여 스프링(20)을 충전하도록 한다. 스프링(20)의 충전중에, 밸브몸체(80)의 입구 끝의 면적(A1)에 대항하여 작용하는 공급라인(104)내의 가스압력은 제 2도에 도시된 바와 같이 시일(118)과 견고하게 맞물리도록 몸체(80)의 노우즈(146)를 가압하여 가스가 챔버(30)로부터 배출통로(126) 밖으로 새지않도록 한다.
챔버(30)가 완전히 충전되면, 코어밸브(84)의 스프링 가압 밸브헤드(152)는 챔버(30)로부터 역방향으로의 가스유동을 방지하도록 위치되며, A1에 대항하여 작용하는 라인압력은 시일(118)에 대하여 밸브몸체(80)을 밀봉하며, 가스스프링(20)은 즉시 사용할 준비가 되어 있다.
전형적으로, 이것은 프레스 내의 판금형성다이(도시되지 않음)내에 사용되어 냉간가공 또는 압인 중에 판금을 가압하는데 이용된다. 다이가 폐쇄됨에 따라, 피스톤 로드(24)는 실린더챔버(30)내로 수축되어 가스를 압축하며 이것은 챔버(30)내의 압력을 실질적으로 증가시킨다.
정상 작동시, 가스챔버내의 최대압력은 밸브몸체(80)를 개방위치로 이동시키기에 불충분하며, 그래서 챔버(30)내의 가스는 챔버(30)내의 가스압력펄스가 가스공급라인(104)으로 전달되지 않도록하기 위하여 배출되지 않는다. 그러나, 작동중 비정상 동작으로 인해 챔버(30)내의 가스의 최대압력이 공급라인(104) 내의 가스압력의 면적 비율(A1/A2)을 넘어서면, 밸브몸체(80)는 개방위치로 이동하여 챔버내의 가스를 대기로 배출하고 실질적으로 그안의 압력을 감소시킨다. 이것에 의하여 밸브를 개방시키는 챔버의 최대압력이 챔버의 과부하가 가스스프링의 파열을 방지하기에 충분히 낮게 될 수 있다. 예를들어, 면적비율(A1:A2)이 6:1이고, 공급라인 내의 가스압력이 2,000 PSI이면, 밸브몸체(80)는 챔버(30)내의 가스의 최대압력이 12,000 PSI 를 넘지 않는다면 개방되지 않을 것이다.
바람직하게는, 이러한 작동조건에서, 챔버(30)와 로드(24)와 헤드(26)는 10,000 PSI 와 같이, 밸브(22)의 최대 챔버압력보다 더 작은 챔버(30) 내의 작동 압력을 제공하는 치수 및 구조이고, 챔버(30)를 형성하는 스프링(20)의 다른 구성부품은 18,000 PSI 와 같이, 밸브(22)의 최대압력보다 더 큰 챔버압력을 견딜 수 있는 파열강도를 제공하도록 구성된다.
따라서, 정상작동중에, 밸브몸체(80)는 챔버(30)내의 최대압력을 감소시키도록 개방이 되지는 않으며, 비정상 동작의 결과 챔버의 압력이 12,000 PSI 를 넘는 경우에 밸브(22)가 개방되어 챔버(30)내의 가스가 대기로 배출되어 챔버(30)내의 최대 압력이 튜브벽 및 챔버(30)를 형성하는 다른 구성부품의 강도를 넘지않게 됨으로써 가스스프링(20)을 손상하거나 파열시키지 않도록 한다.
챔버(30)가 충전되는 압력을 변화시킬 필요가 있을때, 바람직하게 공급라인(104)내의 압력은 예를 들어 0 PSI로 대폭 감소되며, 이것은 챔버(30)내의 압력이 대기 압력에 이를 때까지 밸브몸체(80)가 개방되어 챔버(30)내로부터 가스를 배출시킨다. 압축 가스는 1,500 PSI와 같은 새로 원하는 압력으로 재충전하기 위하여 공급라인(104)을 통하여 가스스프링(20)으로 제공급된후, 가스스프링(20)은 상기의 정상방식으로 작동될 수 있다.

Claims (21)

  1. 가스스프링에 있어서; 적어도 일부분에 가스챔버를 한정하는 실린더와; 상기 실린더내에 신축자재로 수용되고 수축 및 확장위치 사이에서 이동가능하고 확장위치로부터 수축위치로 이동할 때 상기 챔버내의 가스를 압축하도록 구성되고 배열된, 헤드를 구비한 로드와; 상기 실린더와 연통하여 상기 실린더의 외부로 개방되는 가스통로와; 연통하는 입구와 출구를 갖춘 밸브캐버티를 한정하는 통로를 구비한 실린더 외부의 하우징 및 상기 밸브 캐버티와 연통하여 상기 하우징의 외부로 개방되는 배출통로를 갖추고 있으며, 상기 출구가 상기 가스통로와 연통하면서 작동시 상기 하우징이 가스스프링과 연동되도록 구성되고 배열되는 충전밸브와; 상기 출구와 상기 배출통로의 연통을 방지하는 제 1위치와, 제 1위치와 이격되어 있으며 챔버내의 가스압을 감소시키기 위해 배출통로를 통해 가스 유동이 가능하도록 상기 입구와 상기 배출통로를 연통시키는 제 2위치 사이를 이동하기 위해 상기 밸브캐버티내에 활주가능하도록 구성되고 배열된 대향끝에 갖추고, 상기 하우징의 입구 및 출구와 연통된 관통로가 있는 밸브몸체와; 챔버를 가스로 충전시키기 위하여 가스가 상기 통로를 통하여 유동하도록 상기 밸브 몸체에 설치되며, 정상적으로 폐쇄되어 있고 챔버내의 가스압력보다 더 큰 압력일때 상기 입구를 통하여 상기 밸브의 캐버티 상류로 공급되는 가스에 대응하여 개방되고 챔버내의 가스압력이 상류의 압력에 도달하면 폐쇄되는 입구 밸브와; 상기 하우징과 합체되고 상기 출구가 상기 배출통로와 연통되지 않도록하는 상기 제 1위치에 있을때 상기 밸브몸체에 대하여 밀봉하기 위하여 상기 밸브몸체의 한끝과 상기 출구사이에 배치된 시일로 구성되어 있으며, 상기 밸브몸체는 상기 하우징내의 상기 입구와 연통하는 제 1유효면 및 상기 하우징내의 상기 출구와 연통하는 제 2유효면을 갖추고 있고, 상기 제 2유효면이 상기 제 1유효면 보다 더 작고, 압력하의 가스가 상기 입구밸브의 상기 입구상류를 통하여 상기 밸브 캐버티로 가해질때 상기 밸브몸체가 상기 제 1위치에 있도록 구성되고 배열되며, 상기 밸브몸체의 상기 제 2유효면 상에 작용하는 상기 입구밸브의 가스 하류의 압력의 결과로서 상기 밸브위치쪽으로 상기 밸브몸체를 이동시키는 방향으로 상기 밸브몸체상에 작용하는 힘이 상기 밸브몸체의 상기 제 1유효면상에 작용하는 상기 입구밸브의 상류에 가해진 가스의 압력으로 인해 상기 제 1위치쪽으로 상기 밸브몸체를 이동시키는 방향으로 상기 밸브몸체 상에 작용하는 힘을 넘어설때만 제 2위치쪽으로 이동되는 것을 특징으로 하는 가스스프링.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 밸브몸체의 상기 제 1유효면과 상기 제 2유효면의 비율은 상기 입구밸브 하류의 가스가 상기 입구밸브 상류의 가스압력의 적어도 5베의 압력까지 압축되도록 하기 위하여 약 5:1 내지 약 8:1의 범위인 것을 특징으로하는 가스스프링.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 밸브몸체의 상기 제 1유효면과 상기 제 2유효면의 비율은 상기 입구밸브 하류의 가스가 상기 입구밸브 상류의 가스압력의 약 6배의 압력으로 압축되도록 하기 위하여 약 6:1인 것을 특징으로 하는 가스스프링.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 입구밸브는 종래 구조의 코어밸브인 것을 특징으로하는 가스스프링
  5. 제 1항에 있어서, 상기 하우징은 공급라인의 커플링을 나사식으로 수용하기 위하여 상기 입구에 인접한 제 1외면나사부 및 상기 출구가 스프링의 통로와 연통하면서 스프링내의 나사식으로 수용되도록 하기 위하여 상기 출구에 인접한 제 2외면나사부를 갖추고 있으며, 상기 나사부는 상호간에 축선방향으로 이격되어 있고 그 사이에는 공구에 의해 맞풀림되도록 구성되고 배열된 평행한 편평면이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스스프링.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 편평면은 평행한 편평면사이의 거리가 약 5/8인치 보다 크지 않은 것을 특징으로하는 가스스프링.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 하우징은 입구끝으로부터 상기 입구에 인접한 상기 제 2나사 부로의 축선방향 거리가 1인치 보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 가스스프링.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 하우징은 전체 축선방향 길이가 1.75인치 보다 크지 않은 것을 특징으로하는 가스스프링.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 하우징은 전체축선방향 길이가 약 1.1인치 보다 크지 않은 것을 특징으로하는 가스스프링.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 하우징은 표준통기형 커플링의 외형을 가지는 것을 특징으로 하는 가스스프링.
  11. 가스스프링에 있어서, 적어도 일부분에 가스챔버를 한정하는 실린더와; 실린더내에 신축자재로 수용되고 수축 및 확장위치 사이에서 이동가능하고 확장위치로부터 수축위치로 이동할때 챔버내의 가스를 압축하도록 구성되어 배열된 헤드를 구비한 로드와; 실린더와 연통하여 실린더의 외부로 개방되는 나사식 가스통로와; 연통하는 입구와 출구를 갖춘 통로를 구비한 실린더 외부의 하우징 및 상기 통로와 연통하여 상기 하우징의 외부로 개방되는 배출통로를 갖추고 있으며, 상기 출구가 가스통로와 연통하면서 상기 하우징이 스프링내의 나사식 통로와 일치하여 맞물리는 제 1외면 나사부 및 그 대향끝에 상기 가스공급라인이 상기 입구와 연통하면서 가스 공급라인의 피팅과 일치하여 맞물리는 제 2외면나사부를 갖추고 있으며, 상기 하우징이 약 1.75인치보다 크지 않은 전체 축선방향길이를 갖는 충전밸브와; 상기 출구와 상기 배출통로의 연통을 방지하는 제 1위치와, 제 1위치와 이격되어 있으며 챔버내의 가스압을 감소시키기 위해 배출통로를 통해 가스 유동이 가능하도록 상기 입구와 상기 배출통로를 연통시키는 제 2위치 사이를 이동하기 위해 상기 밸브캐버티내에 활주가능하도록 구성되고 배열된 대향끝에 갖추고, 상기 하우징의 입구 및 출구와 연통된 관통로가 있는 밸브몸체와; 챔버를 가스로 충전시키기 위하여 가스가 상기 입구밸브를 통하여 유동하도록 상기 밸브몸체에 설치되며, 정상적으로 폐쇄되어 있고 챔버내의 가스압력보다 더 큰 압력일때 상기 입구를 통하여 상기 밸브의 상류로 공급되는 가스에 대응하여 개방되고 챔버내의 가스압력이 상류의 압력에 도달하면 폐쇄되는 입구밸브로 구성되어 있으며, 상기 몸체는 상기 입구와 연통하는 제 1유효면 및 상기 출구와 연통하는 제 2유효면을 갖추고 있고, 상기 제 1유효면이 상기 제 2유효면보다 더 크며 상기 제 1유효면 상에 작용하는 압력이 상기 제 2유효면상에 작용하는 압력 보다 더 클때 상기 몸체를 상기 제 1위치로 밀며, 상기 제 2유효면상에 작용하는 압력이 상기 제 1유효면상에 작용하는 압력 보다 더 클때 상기 몸체를 상기 제 2위치로 이동시켜 상기 출구가 상기 배출통로와 연통하도록 하여 가스를 챔버로부터 상기 배출통로밖으로 배출시키는 것을 특징으로 하는 가스스프링.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 밸브몸체의 상기 제 1유효면과 상기 제 2유효면의 비율은 적어도 6:1인 것을 특징으로 하는 가스스프링.
  13. 가스입구와 연통하는 나사식보어를 갖춘 가스스프링용 충전밸브에 있어서, 입구와 출구가 연통하는 통로 및 상기 통로와 연통하며 하우징의 외부로 개방되는 하우징내의 배출통로를 갖추고 있고, 상기 출구가 스프링내의 가스입구와 연통하면서 가스가 새지 않는 시일을 제공하기 위하여 나사식보어와 일치하여 맞물리는 제 1나사부 및 그 대향끝에 상기 가스 공급라인이 상기 하우징내의 상기 입구와 연통하면서 가스가 새지 않도록 밀봉하기 위하여 가스공급라인의 피팅과 일치하여 맞물리는 제 2나사부를 갖추고 있는 하우징과; 밸브조립체 상류의 가스압력이 밸브조립체 하류의 가스압력보다 더 큰 동안은 가스가 상기 입구를 통하여 유동하도록하고 밸브조립체 하류의 가스압력이 밸브조립체 상류의 가스압력보다 더 크게 될 때 상기 배출통로를 통하여 상기 밸브조립체 하류의 가스를 배출시키도록 상기 통로내에 수용된 밸브조립체; 로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 충전밸브.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 하우징은 공구를 수용하도록 구성되어 배열된 상기 외면나사부 사이에 한쌍의 평행한 편평면을 더 포함하고 있으며, 상기 하우징은 상기 하우징의 입구끝으로부터 상기 출구에 인접한 상기 제 1나사부로 1인치 보다 크지 않은 축선방향 길이를 가지는 것을 특징으로하는 충전밸브.
  15. 제 13항에 있어서, 상기 하우징의 상기 나사부는 호칭직경이 0.75 인치 보다 크지 않은 것을 특징으로하는 충전밸브.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 하우징은 시중에서 구입가능한 통기형 커플링과 같은 외형을 가지는 것을 특징으로한 충전밸브.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 입구에 인접한 상기 하우징의 축선방향 바깥쪽끝내의 환형 홈 및 상기 홈내에 수용되는 환형의 밀봉개스킷을 더 포함하고 있으며, 상기 입구에 인접한 상기 나사부는 상기 가스 공급피팅과 밀봉결합하기 위하여 9/16 인치의 호칭직경을 가지고 인치당 18개의 나사산을 갖는 것을 특징으로하는 충전밸브.
  18. 제 14항에 있어서, 상기 출구와 인접한 상기 하우징의 상기 나사부와 상기 편평면 사이에 수용되는 환형의 밀봉개스킷을 더 포함하고 있으며, 상기 나사부는 가스 스프링내의 나사식 보어와 밀봉결합 위하여 7/16 인치의 호칭직경을 가지고 인치당 20개의 나사산을 갖는 것을 특징으로하는 충전밸브.
  19. 제 14항에 있어서, 상기 출구와 인접한 상기 하우징의 상기 나사부와 상기 편평면 사이에 수용되는 환형의 밀봉개스킷을 더 포함하고 있으며, 상기 나사부는 가스 스프링내의 나사식 보어와 밀봉결합하기 위하여 1/2인치의 호칭직경을 가지고 인치당 20개의 나사산을 갖는 것을 특징으로 하는 충전밸브.
  20. 제 14항에 있어서, 상기 출구에 인접한 상기 나사부는 미합중국 규격 테이퍼 파이프 나사부와 가스스프링내의 나사식 보어와 밀봉결합하기 위하여 1/8인치의 호칭 직경을 가지고 인치당 27개의 나사산을 갖는 것을 특징으로 하는 충전밸브.
  21. 제 14항에 있어서, 상기 편평면과 상기 출구에 인접한 상기 나사부 사이의 환형 홈, 상기 홈내에 수용되는 환형의 밀봉개스킷을 더 포함하고 있으며, 상기 출구에 인접한 상기 나사부는 가스스프링내의 나사식 보어와 밀봉결합하기 위하여 1/8인치의 호칭직경을 가지고 인치당 27개의 나사산을 갖는 것을 특징으로하는 충전밸브.
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