KR100222091B1 - 축방향으로 신속하게 로터를 저널에 정열하기 위한 커플링구조 - Google Patents

축방향으로 신속하게 로터를 저널에 정열하기 위한 커플링구조 Download PDF

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Abstract

로터본체를 구동 및 피동저널에 신속하게 결합시킴으로써 상당히 제한된 공간내에서 반경방향 및 축방향 정열이 이루어지도록 하는 커플링 구조가 제공된다. 상기 커플링 구조는 소정위치에서 로터와 저널을 반경방향 및 축방향으로 정열시키기 위한 절삭면을 갖는 분할링을 지자하는 분할링 칼러와 클램핑 링을 포함한다.

Description

[발명의 명칭]
축방향으로 신속하게 로터를 저널에 정열하기 위한 커플링구조
[발명의 분야]
본 발명은 특히 믹서기에 있어서 저널을 로터본체에 결합시키는 데 유용한 장치에 관한 것이다. 보다 자세하게는 본 발명은 저널로 하여금 로터본체의 회전축에 위치하도록 함과 아울러 그 저널이 한정된 공간내에서 축방향으로 정열되도록 하는 신속하고도 편리한 커플링 장치에 관한 것이다.
[발명의 배경]
GB-A-305 281에는 두개의 링반부로 구성된 조임링을 구비하고 훨을 작동축에 고정시키기 위한 커플링 조립체가 개시되어 있다.
이전의 연속 믹서기에서는 원 피스(one-piece)로터가 그 구동 및 피동저널과 함께 사용되어 왔으나, 최근에는 쓰리 피스(three-piece)로터구조가 개발되어 그와같은 믹서기에 사용되고 있다. 이와같은 쓰리 피스 로터구조는 일예로 1993년 1월 19일자 특허된 J.R. Piccolo등의 미국특허 제5,180,225호에 알려져 있다. 상기 특허를 통해서 알려진 장치는 서로 분리된 구동 및 피동저널에 연결된 로터본체로 이루어져 있다. 그와같은 쓰리 피스 로터구조는 다수의 확실한 장점을 지니고 있는 바, 그중에서도 저널 베어링을 그대로 유지시킨 채 저널 하우징으로부터 저널을 제거할 필요없이 로터본체가 내장되어 있는 믹싱챔버(mixing chamber)로부터 로터본체를 손쉽게 분리해 낼 수 있다는 장점을 지니고 있다. 이와같은 장점으로 인해서 로터 및 믹싱챔버를 소제하거나 로터의 형태를 변경하는 경우, 마모된 로터를 교환하는 경우, 오일이나 중합체 기밀제(polymer seal)를 교환하는 경우등에 있어서 소요되는 시간을 상당하게 감소시킬 수 있게 된다. 상술한 미국특허 제5,180,225호의 신속한 결합/분리장치는 적절한 동축정열하에서 로터본체를 저널에 결합시키게 된다. 상기 특허의 결합/분리장치는 나사홈이 형성된 칼러 리테이너(collar retainer)와 병행하여 동일중심성 및 안내장치(concentricity and piloting means)를 구비하고 있다. 상기 커플링 장치의 한가지 결점은 상기 결합부재의 조립 및 결합을 위해서는 상당한 공간을 필요로 한다는 데 있다. 이에따라, 상기 특허의 신속한 접속/분리 커플링 부재는 로터와 저널하우징 사이의 공간이 매우 한정된 경우에는 사용될 수 없다.
따라서, 로터와 저널의 회전축에 대한 소정의 공통축 정열을 여전히 가능하게 하면서도 커플링 장치의 장착 및 접속을 위한 로터본체와 저널본체 사이의 충분한 간격을 필요로 하지 않는 커플링 장치에서의 적용이 가능한 쓰리 피스 로터구조가 요망되고 있다. 또한, 상기 축방향 정열을 제공하는 신속한 접속/분리장치를 제공함으로써 원-피스 로터가 손쉽게 그리고 편리하게 쓰리 피스 로터구조로 변환되도록 할 수 있다면 가장 바람직한 것으로 여겨지고 있다.
[발명의 개요]
본 발명은 저널의 단부와 로터본체의 단부측 사이를 연결하는 커플링 장치를 제공하는 데, 이때 커플링 장치는 이들 단부의 동축 정열을 유지하기 위해 반경방향과 안쪽방향으로 향하는 힘을 동시에 가하게 되며, 반경방향과 안쪽방향으로 향하는 힘은 저널 및 로터본체의 단부축 주위로 거의 일정하게 분산된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 연결장치는 축방향에서 서로 분기된 두개의 반경방향으로 그리고 안쪽방향으로 절삭된 외주면을 갖는 분할링 조립체로 구성되며, 상기 분할링 조립체는 분할링 칼러에 의해서 축방향으로 지지되는 클램핑 링에 의해서 반경방향 및 원주방향으로 압착되어 지며, 이때 클램핑 링과 분할링 칼러는 분할링 조립체의 외측절삭면과 접하는 절삭된 내면을 가짐으로써 클램핑 링이 분할링 칼러에 축방향으로 지지되어 소정의 동축정열이 이루어지도록 로터 및 저널의 단부측으로 축방향 및 안쪽방향으로의 압착력을 제공하게 된다.
로터 및 저널의 단부는 분할링 조립체를 수용하여 유지시키기 위한 홈 및 단턱부를 구비함과 아울러 축방향 면에 회전력의 전달을 위한 결속키와 키홈 부재가 형성되어 있다.
[도면에 간단한 설명]
본 발명의 목적, 특징, 장점 및 그 외의 사항들은 본 발명의 원리를 명확하게 예시하는 데 중점을 두어 도시된 첨부도면을 참조한 아래의 설명을 통해서 보다 명확하게 이해될 것이다.
각기 다른 도면상에서 동일한 부호는 동일한 부분을 나타낸다.
제1도는 연속 믹서기의 로터본체와 저널축의 길이방향을 따라서 도시한 일부절결 정면도이다.
제2도는 제1도의 "(a)"부분 및 그 주위 부분에 대한 상세도이다.
제3도는 본 발명의 신속한 커플링 정렬장치의 각 구성요소에 대한 분해사시도이다.
제1도에는 본 발명이 적용되어 사용되는 장치에 대한 전반적인 구조가 도시되어 있다.
인용부호 10으로 표시된 믹서기는 믹서 하우징(12), 구동저널 하우징(22) 및 피동[또는 수단(水端) : water end]저널 하우징(26)으로 구성된다. 믹서 하우징(12)은 혼합될 재료의 유입을 위한 투입구(14)를 구비한다. 믹서 하우징(12)은 주 로터본체상에 상기 투입구로부터 유입되는 재료의 이송을 위한 스쿠류 부(18)와 재료의 혼합을 위한 로터 날개부(20)로 이루어진 하나 또는 그 이상의 주 로터본체(16)를 복개하고 있다. 주 로터본체(16)는 그 일단부가 구동저널 하우징(22) 내부에 위치하는 구동저널(24)에 연결되고, 타단부는 구동저널 하우징(16)내의 구동저널(28)에 연결됨으로써 로터본체와 저널이 공통의 회전축(30)을 갖는다.
제2도에는 제1도의 (a)부분에 대한 상세도로서의 로터본체와 저널간의 연결구조가 도시되어 있으며, 제3도에는 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용되는 연결장치의 구성요소가 나타나 있다. 로터본체(16)의 축방향 단부면에는 저널(24)의 축방향 단부면상에 돌출형성된 키부재(34)와 형합하여 이를 수용하기 위한 슬롯(slot) 또는 키홈(32)이 구비되어 있다. 본 발명에 대한 예시를 간단하게 하기 위한 측면에서 로터본체상에 키홈(32)이 형성되고 저널상에 키부재(34)가 형성된 것으로 표시되어 있긴 하나, 키홈이 저널상에 그리고 키부재가 로터본체상에 형성될 수 있음이 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 로터본체(16)와 그 구동저널(24) 또는 피동저널(28)중의 어느하나와의 축방향 정열을 제공하고 또한 이를 유지시키기 위한 연결장치는 이후에 설명되는 바와같이 분할링 조립체(36), 분할링 칼러(38) 및 클램핑 링(40)으로 구성된다.
로터(16) 및 저널(24)의 단부에는 각각 분할링 조립체(36)의 안착을 위한 원주상 요부(42),(44)가 구비되어 있다. 키(32)가 키홈(34) 내부로 삽입되어 서로 결착되었을 때 결합된 상태의 요부(42)와 (44)의 축방향 두께는 분할링 조립체(36)의 폭과 거의 일치하게 된다. 요부(42),(44)의 요부벽(46),(48) 각각은 이후에 설명되듯이 장착상태에서 분할링 조립체(36)의 안착 및 안착상태의 유지를 위한 지지수단을 제공하게 된다.
분할링 조립체(36)는 두개의 절삭면(50),(52)으로 이루어진 외주면을 갖는 축방향을 따라서 분할된 분할링으로 구성된다. 절삭면(50),(52)은 회전축(30)에 대하여 약 10-20°가량, 보다 바람직 하기로는 15°가량의 각도로 절삭되거나 경사지게 형성되며, 이때의 두 절삭면(50),(52)은 각기 축방향에 대해 안쪽을 향하도록 분기된다. 분할링 조립체(36)의 내주면(54)은 축 방향에 대해 평활면으로 이루어 진다. 분할링(36)의 내경은 일예로 2.250인치로서 요부(42),(44)의 외경과 거의 일치한다.
분할링 조립체(36)는 기계가공된 링을 원형톱날로 양분되도록 절단하여서 얻어지는 두개의 반원형 링(36a),(36b)으로 구성된다. 이때 톱날의 폭은 일반적으로 분할링의 내경의 2% 또는 그 이하가 되도록 매우 작다. 예를들면, 분할링 조립체의 내경이 5.72cm(2.25인치)인 경우에는 약 1.5mm(0.06)인치 두께의 톱날이 사용된다. 이에 따라, 분할링 조립체(36)는 커플링중에 로터(16)와 저널(24)을 거의 완전하게 감싸게 됨으로서 로터와 저널간의 효과적인 동축정열 및 커플링을 달성할 수 있다.
분할링 칼러(38)는 특별한 형상과 크기를 갖는 플랜지로서 서로 결합이 가능하도록 기계가공된 두개의 반원형 링 또는 플랜지(38a),(38b)로 구성되며, 이때 분할링 칼러 반부는 상호 결합시 이후에 설명되듯이 분할링 조립체(36)의 외주면 전체를 감싼 상태에서 반경방향으로 그리고 안쪽방향으로 압압력을 가하게 된다.
분할링 칼러(38)는 그 외주면상에 나사홈이 형성된 소켓(58)이 구비되어 이에 육각머리 스크류등과 같은 적절한 결착수단을 삽입시킴에 의해서 두 분할 칼러부가 결합된 상태를 유지하 수 있게 된다. 분할링 칼러의 축방향 한쪽면(39)상에는 클램핑 링(40)의 결합 및 고정을 위한 다수의 나사홈을 갖는 소켓(62)이 상호 일정간격을 유지한 채 형성되어 있는 바, 이에 대해서는 이후에 설명될 것이다. 분할링 칼러(38)의 적어도 일측 내주면에는 반경방향 및 안쪽방향으로 절삭된 절삭 내주면(64)이 구비되어 분할링 조립체(36)의 절삭 외주면중 어느 한쪽에 밀착되어 진다. 분할링 칼러의 내주면중 다른쪽의 연장면(66)은 로터본체(16) 단부의 평활한 단턱부(68)상에 안착이 가능하도록 축방향의 평면으로 이루어져 있다. 단턱부(68)의 일측단부는 벽(70)상에 위치함에 따라 분할링 칼러(38)가 주 로터본체(16) 쪽으로 더이상의 축방향 유동을 하는 것을 억제함으로써 분할링 조립체(36)로 소정의 반경방향 및 안쪽방향으로의 힘을 가할 수 있도록 한다. 필요에 따라서는 상기 연장면(66)은 그 외측으로 경사면(67)이 연장형성됨으로써 단턱벽(70)에 대해 분할링 칼러(38)의 다른 축방향 면(41)을 위치시키는 작업을 용이하게 할 수 있다.
클램핑 칼러(40)는 분할링 조립체(36)의 절삭 외주면(52)과의 매칭을 위한 절삭 내주면을 갖는 플랜지 형태를 취하고 있다. 클램핑 링(40)에는 일예로 육각머리 스크류와 같은 결착수단이 삽입될 다수개의 축방향 소켓(74)이 상호 일정간격을 유지한 채 형성되어 상기 결착수단은 상기 축방향 소켓(74) 및 분할링 칼러(38)의 축방향면(39)상의 나사홈을 갖는 소켓(62)으로 나사결합됨으로써 클램핑 링(40)을 분할링 칼러(38)에 결합시켜 분할링 칼러(38) 및 클램핑 링(40) 각각의 절삭면(64),(72)이 분할링 조립체(36)의 절삭면(50,52)에 면접촉한 상태로 결합되도록 한다. 클램핑 링(40)과 분할링 칼러(38)가 스크류(76)의 조임에 의해서 서로 밀착됨에 따라 분할링 조립체(36)에 반경방향 및 안쪽방향으로의 힘이 가해져서 로터(16)와 저널(24)의 단부는 서로 끌어 당겨진 상태로 되어 동축정열이 이루어지게 된다.
절삭면(64),(72)의 각도는 절삭면(50),(52)의 각도와 동일한 각도로서의 축방향에 대한 약 10-20°의 각도, 보다 바람직 하기로는 15°의 각도를 갖는다. 분할핀 칼러(40)의 내경, 즉 평활면(66) 및 클램핑 칼러(40)의 내경, 즉 경사면(72)의 반경방향 최내측은 분할핀 조립체(36)의 표면중 최소직경에 비해 적은 크기를 유지함에 따라 클램핑 칼러(40)와 분할링 칼러(38)는 상술한 바와 마찬가지로 상호 긴밀한 결합이 이루어지게 되어 절삭면(64),(72)이 표면(50),(520에 밀착되어 진다. 그 결과 커플링 로터(16)의 단부와 저널(24)의 단부에 반경방향 및 안쪽방향으로의 압축력이 가해지게 됨으로써 단부가 인접한 상태로 요부(42),(44)상에 착설된 분할링 조립체 반부(36a),(36b)에 의해서 동축정열이 이루어지게 된다.
본 발명의 커플링 장치를 이용하여 로터본체를 저널에 설치하여 커플링을 행하는 작업은 손쉽게 그리고 신속하게 이루어지게 되며, 그리고 이는 저널과 로터본체의 단부측에 여유공간이 거의 없을 때에도 가능한 바, 이에 대하여서는 이후의 설명을 통해서 명확하게 이해될 것이다.
상술한 바와같이, 로터본체(16) 및 저널(24)의 단부는 신규한 로터와 저널의 필수구성으로 되거나 기존의 로터를 수정하거나 대체하는 경우에 그 단부측 저널의 구조는 키홈(32), 키(34), 요부(42),(44), 요부측벽(46),(48), 단턱부(68) 및 단턱벽(70) 또는 이와같은 특징을 갖는 단부를 형성하도록 기계가공되어 기존의 주 로터나 저널의 단부에 적절하게 부착되어 진다.
다시 제2도와 관련하여 단부상에 상술한 바의 특징을 갖는 저널(24)에 로터본체(16)를 신속하게 결합시키는 방법을 설명코자 한다. 적당한 저널하우징 내부에 저널(24)이 설치되거나 이미 존재하게 되며, 이때에 저널의 일측 외부로는 베어링 핀(80), 스페이서(82),(84)를 갖는 베어링 조립체(78)가 형성된다. 또한 저널(24)에는 적절한 판상 씨일 조립체(face scal assembly)가 구비되어 있다. 본 발명의 커플링 방법에 의한 설치작업을 시작하기 위해서는 먼저 클램핑 링(40)을 저널(24)측으로 헐겁게 이동시킨다. 다음, 주 로터본체(16)를 일직선으로 정열시켜 로터본체(16)의 키홈(32)이 저널(24)의 키(34) 주위로 꼭끼는 상태로 미끄러져 들어가도록 한다. 이어서, 분할링 조립체(36)를 접합요부(42),(44)에 위치시켜 로터본체(16)와 저널(24) 사이를 연결시킨다. 다음으로 분할링 칼러(36)의 축방향 면(39)이 클램핑 칼러(40)를 향하도록 한 상태에서 로터의 주위에 위치시킨다. 나사홈이 형성된 소켓(58) 내로 스크류(60)를 조이게 되면 절삭면(64)이 분할링 조립체(36)의 절삭면(50)에 압착되면서 결합된다. 이어서, 축방향을 따라 클램핑 칼러(40)를 분할링 칼러(38)측으로 이동시킨 후에 소켓(74) 내로 스크류(76)를 통과시켜 분할링 칼러(38)의 축방향 면(39)상에 형성된 소켓(62)내로 삽입되도록 함으로써 절삭면(72)이 분할링 조립체(36)의 절삭면(52) 측으로 당겨져서 서로 결합이 이루어지게 된다. 다음, 스크류(76)가 더욱 더 소켓(62) 내부로 삽입되도록 하여 클램핑 링(40)과 분할링 칼러(38) 사이의 간격이 실질적으로 일정하게 유지되도록 한다. 스크류(76)를 소켓(62) 내부로 조임에 의해서 반경방향 및 안쪽방향으로의 힘이 분할링 조립체(36)에 가해짐으로써 주 로터본체(16)와 저널(24)의 단부가 당겨져 동축정열된 상태를 유지하게 된다. 로터본체는 제1도 및 제2도에 도시된 바와같이 본 발명의 요부와는 거리가 먼 구성요소로서의 일차 고체 밀봉부재(88), 고체 클립퍼 밀봉제(90) 및 일차 밀봉링(90)등을 구비한 믹싱 챔버 내부에 설치된다.
상술한 과정을 역순으로 수행하게 되면 저널 장착상태에 손상을 가하지 않음은 물론 주 로터본체와 저널의 단부측 축방향 면 사이의 공간을 거의 필요로 함이 없이도 손쉽게 그리고 신속하게 주 로터본체를 저널로부터 분리해 낼 수 있다. 이에따라, 기기의 사용자는 로터나 믹싱 챔버의 소제시 또는 마모되었거나 손상된 로터본체나 저널의 수리시 또는 로터본체 형태의 교체시등의 경우에 있어서 로터본체를 믹싱챔버로부터 용이하게 분리해 낼 수 있다.
분할링 조립체(36)의 분할선과 분할링 칼러(38)의 분할선은 그 반경방향 각도에 있어 약 90°를 유지하는, 즉 그 분할선이 서로 수직을 이루는 것이 바람직 하다. 또한, 분할링 조립체(36)의 분할선은 반경방향 각도에 있어서 키홈(32)의 길이방향에 대해서 약 90°의 각도를 유지하는 것이 바람직 하다. 이와같은 방향설정은 커플링 장치에 최대강도 및 안정성을 부여하는 데 적합하며, 로터와 저널의 동축정열을 확보하여 그 상태를 유지시키는 데 바람직하다.
상기 본 발명에 대한 설명을 토대로 하여 본 발명은 그 범위를 벗어나지 않으면서 통상의 기술자에 의해서 수정될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 특정 실시예를 통해서 예시되고 설명된 사항에 의해서 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

Claims (7)

  1. 로터본체(16)를 저널(24)에 결합시켜 로터본체와 저널에 공통으로 회전축을 제공하는 커플링 조립체로서; 저널(24)의 단부와 로터본체(16)의 단부측 사이를 연결하여 반경방향 및 안쪽방향으로 상기 단부상으로 힘을 가함으로써 상기 단부의 동축정열 확보 및 유지가 이루어지도록 하며, 그 반경방향 및 안쪽방향으로 가해지는 힘은 저널과 로터본체의 단부축 주위의 원주방향으로 실질적으로 균일하게 분산되도록 하는 연결장치(36,38,40); 이때, 저널과 로터본체의 단부 사이를 연결하는 장치는: 저널(24)과 로터본체(16)의 단부를 거의 완전하게 감싸고, 두개의 반원형 링반부(36a,36b)로 이루어지며, 이때 각 반부는 반경방향 및 안쪽방향으로 절삭되고 축방향을 따라 서로 안쪽으로 분기되는 두개의 면(50,52)으로 구성된 절삭외주면과 축방향을 따라 실질적으로 평활한 내주면(54)을 갖는 분할링 조립체(36); 두개의 반원형 링 반부(38a,38b)로 구성되며, 상기 분할링 조립체(36)의 절삭외주면(50)중 하나의 면에 면접촉 상태로 결합되도록 절삭된 내주면의 제1부분(64)과 축방향으로 거의 평활한 내주면의 제2부분으로 이루어진 내주면을 구비한 분할링 칼러(38); 상기 분할링 칼러(38)의 두 반원형 링 반부(38a,38b)가 상호 고정되며 상기 클램핑 링(40)이 분할링 칼러(38)에 고정됨에 따라 분할링 칼러(38)의 절삭내주면(64)이 분할링 조립체(36)의 어느 한 절삭면(50)에 결합되고 클램핑 링(40)의 절삭 내주면(72)과 분할링 조립체(36)의 다른 절삭면(52)에 결합됨으로써 상기 분할링 조립체(36)로부터 로터(26) 및 저널(24)의 단부로 반경방향 및 안쪽방향으로의 원주면을 따라 실질적으로 균일하게 분산된 힘에 의해 상기 단부의 동축정열 확보 및 유지가 됨을 특징으로 하는 커플링장치.
  2. 제1항에 있어서, 회전력을 전달하기 위해 로터(16)와 저널(24)의 축방향 단부면상에 결합 키(34)와 키홈(32)이 부가적으로 구성됨을 특징으로 하는 커플링 장치.
  3. 제1항 또는 제2항중 어느 한항에 있어서, 절삭면의 절삭각도가 회전축에 대하여 약 15°인 것을 특징으로 하는 커플링장치.
  4. 제1항 또는 제2항중 어느 한항에 있어서, 저널(24)과 로터본체(16)의 단부에는 분할링 조립체(26)를 상기 저널과 로터본체의 단부상에 안착시키는 위한 요부(42)(44)가 구비되며, 이때 요부는 분할링 조립체의 평활한 내주면(54)의 폭과 대략 동일한 축방향 결합폭을 갖는 것을 특징으로 하는 커플링 장치.
  5. 제4항에 있어서, 분할링 칼러(38)의 두 반원형 링 반부(38a,38b)는 나사형 스크류(60)에 의해서 상호 고정되는 것을 특징으로 하는 커플링 장치.
  6. 제5항에 있어서, 분할링 칼러(38) 내부면의 축방향으로 실질적으로 평활한 면은 로터본체(16)상의 축방향으로 실질적으로 평활한 단턱부(68)상에 위치함을 특징으로 하는 커플링장치.
  7. 제6항에 있어서, 로터본체(16)의 단턱부(68) 일측단은 로터본체를 따라 분할링 칼러(38)가 축방향 유동을 하는 것을 억제하기 위해 반경방향 수직벽(70)에 접하는 것을 특징으로 하는 커플링장치.
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