KR100292553B1 - 유압식 압력변환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저장기실(9) 및 작동실(1)이 과류보어(17)를 통해 서로 연결되고, 한 단계의 압력을 발생시키기 위해 상기 과류보어(17)내로 트렁크 피스톤(15)이 삽입됨으로써 상긴 저장기실(9) 및 작동실(1)을 분리시키고 작동실(1)내에 고압을 발생시키는 유압식 증압기에 관한 것이다. 본 발명에 따라 부가의 연결채널(19)에 첵밸브(21, 22)가 제공된다.

Description

유압식 압력변환기
제1도는 본 발명에 따른 유공압식 압력변환기의 종단면도.
제2도는 본 발명에 따른 유압식 압력변환기의 변형 실시예를 나타낸 제1도에 상응하는 부분종단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 작동실 2, 14 : 작동 피스톤
3 : 하우징 4 : 피스톤 로드
5 : 원판 피스톤 6, 13 : 재킷튜브
7, 8 : 공압실 9 : 저장실
11 : 저장실 피스톤 12 : 저장실 스프링
15 : 트렁크 피스톤 16 : 조정실
17 : 보어 18 : 시일부
19 : 연결 채널 21, 24 : 이동가능한 밸브 부재
22, 25 : 스프링 23 : 관
본 발명은 유압식 압력변환기에 관한 것이며, 보다 상세하게는 유체가 충진되어 하우징내에 위치하고 있는 작동실과, 보어를 통해 작동실과 유압식으로 연결되어 있는 유체로 채워진 저장실과, 그리고 작동 피스톤 보다 작은 직경을 가진 트렁크 피스톤을 포함하는 유압식 압력변환기에 관한 것이다.
이러한 유압식 변환기에서 작동실은 하우징의 외부로 돌출된 피스톤 로드를 갖춘 작동 피스톤이 내부에서 작동하며, 트렁크 피스톤은 낮은 압력하에서 작동 피스톤의 급속 행정이 이루어지고 유체가 저장실로부터 작동실로 흐른 이후에 보어내로 삽입되어 반경방향으로 압축됨으로써, 작동실에서 상응하는 고압을 발생시키며, 귀환 행정시 보어로부터 다시 나옴으로써 유체를 작동실로부터 저장실내로 다시 흐르게 한다.
공지의 유압식 압력변환기(독일특허공보 제28 18 332호)에서는 트렁크 피스톤이 복원 스프링에 의해 그것의 출발위치에 고정되며, 상기 스프링은 동시에 저장실 피스톤을 밀기때문에 저장실에 보다 낮은 압력이 발생된다. 급속 행정(rapid stroke)을 위해 작동 피스톤이 해제되면 - 공지의 유압식 압력변환기에서는 공압으로 구동됨 - 유체가 낮은 압력하에서 저장실로부터 확장중에 있는 작동실내로 흐른다. 트렁크 피스톤이 구동되어 먼저 보어내로 반경방향으로 밀봉되게 삽입되면, 트렁크 피스톤이 더욱 밀려질 때 작동실내의 유체에 고압이 발생되며, 이러한 고압은 작동 피스톤의 부가적인 구동을 야기한다. 실제로, 분리점에서는 특히 민감한 제어가 이루어지는 것으로 나타났는데, 그 이유는 한편으로는 항상 존재하는 유체의 압축률에 의해 발생된 압력차에 의해 다른 한편으로는 무엇보다도 개별부품의 관성질량을 야기시키는 작동속도에 의해 영향을 받기 때문이다. 더구나, 보어내에서의 반경방향 시일부는 제어의 질에 어떤 영향을 준다.
이러한 유압식 압력변환기의 제조 에러와 관련하여 광범위하게 연구한 결과, 상기 제어 문제를 추정하여 제어에 영향을 주는 부품 및 유압식 압력변환기의 제어를 개선시켰으나 상기 단점의 실제적인 개선은 이루어지지 않았다. 유압식 압력변환기에 의해 클린치 연결 또는 리벳 연결이 이루어지기 때문에, 연결의 질에 대한 정확성이 상이하거나 결핍된다. 이러한 결핍은 육안으로는 검출될 수 없으며 최첨단의 측정장치에 의해서만 검출된다.
본 발명에 따른 유압식 압력변환기는 비교적 적은 비용으로 개별공정을 반복할 때 최적의 정밀성이 얻어진다는 장점을 갖는다. 트렁크 피스톤이 너무 일찍 보어 및 고압 시일부내로 삽입되어 유체가 보어를 통해 저장실로부터 작동실로 흐를 수 없는 경우, 본 발명에서는 제2 연결채널을 통해 유체가 저장실로부터 작동실내로 흐르고, 이에 따라, 유압유체와 결합된 공기의 유리현상이나 심지어 오일의 포말현상을 초래하기도 하는, 작동실 내의 부분적 진공의 발생이 방지된다. 트렁크 피스톤이 앞서가는 작동 피스톤을 따라 움직이는 경우, 그동안 작동실은 연결채널을 통해 흐르는 유체로 완전히 채워지므로, 트렁크 피스톤이 변위되는 것과 정확히 동시에 행정이 시작된다. 트렁크 피스톤의 귀환 행정시 트렁크 피스톤이 작동 피스톤에 앞섬에 의해, 작동실내에 부분적인 진공현상이 발생하는 것이 가능한 경우에도 이와 유사한 장점이 나타나는데, 이것은, 이 경우에 있어서 작동 피스톤의 귀환행정시 유체가 보어를 통해 다시 저장실내로 흐르기 전에 본 발명에 따른 연결 채널을 통해 즉시 유체가 저장실로부터 작동실로 흐를 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 유압식 압력변환기의 작동 방법에서 나타나는 또다른 매우 중요한 장점은 작동 피스톤의 행정이 다단계로 이루어진다는 것이며, 이때 이러한 단계들 사이에 트렁크 피스톤이 필요한 행정 만큼 후퇴될 수 있고 귀환 행정동안 유체가 저장실로부터 작동실로 흐르게 된다. 본 발명에 따른 유압식 압력변환기의 작동 방법은, - 작동 피스톤의 유압식 급속 행정과 동시에 유체를 저장실로부터 보어 및 연결 채널을 통해 작동실로 흐르게 하는 단계와, - 트렁크 피스톤의 작동 및 보어내로 트렁크 피스톤이 삽입된 후 작동 피스톤이 행정하는 단계와, - 트렁크 피스톤의 작동 행정이 종료함에 따라 제1 행정이 종료하는 단계와, - 작동 피스톤이 공압식으로 제2 급속 행정을 하는 동시에 트렁크 피스톤이 약간의 귀환 행정하고, 그 후 유체를 본 발명에 따른 연결 채널을 통해 작동실내로 흐르게 하여 작동실을 채우는 단계와, - 작동실내로 트렁크 피스톤이 작동 행정하는 동시에 제2 행정을 위해 작동피스톤이 구동하는 단계로 이루어진다.
작동 피스톤의 귀환 행정은 하기에 상세히 설명되는 바와같이 이루어진다. 2번의 행정 대신에 필요에 따라 부가의 행정이 수행될 수 있고 상이한 제어가 이루어질 수 있다. 예컨대, 제2 급속 행정 대신에, 제1 행정후에 트렁크 피스톤이 후퇴하는 시간동안 작동위치에 고정된 후에 제2 행정이 시작된다. 이 방법에서는 트렁크 피스톤이 중간시간에 약간 후퇴하는 한편, 유체가 저장실로부터 작동실로 흐를 수 있다는 것이 중요하다. 이러한 다단계의 방법의 경우에는 무엇보다도 필요한 트렁크 피스톤의 행정이 상응하는 귀환 행정을 가진 다수 부분으로 나누어짐으로써, 특히 높은 증압이 이루어지면서도, 작동 피스톤에 대한 트렁크 피스톤의 횡단면 비율이 극도로 상이하게 선택될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 작동실 방향으로 개방시키고 저장실 방향으로 폐쇄시키는 첵 밸브가 연결채널에 배열되어 있다. 이러한 첵 밸브는 폐쇄 스프링을 갖거나 갖지 않을 수 있으며, 슬라이딩 밸브, 볼 밸브 또는 예컨대 플랩 밸브와 같은 그밖의 첵 밸브로 형성될 수 있다. 첵 밸브가 개방되는데는 작동실 및 저장실내의 압력차, 이동가능한 밸브부재에 제공되는 면적 및 폐쇄스프링의 힘이 중요하다. 이 경우에는 매우 작은 압력만으로 충분히 첵 밸브를 개방할 수 있도록 첵 밸브가 설계될 수 있다.
본 발명의 또다른 바람직한 실시예에 따르면, 연결채널 및 첵 밸브가 유압식 압력변환기의 하우징내에 배열되어 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 저장실 및 작동실이 하우징의 외부로 뻗은 관을 통해 서로 연결되어 있고, 이러한 관내에는 첵 밸브가 배열되어 있다.
본 발명은, 한편으로는 작동 피스톤 및 작동실이, 다른 한편에서는 보어, 저장실, 및 트렁크 피스톤이 동축선 또는 축선에 평행하게 배열되어 있으며; 트렁크 피스톤이 공압식으로 작동하는 구동 피스톤에 의해 저장실 스프링에 대항하여 작동하며; 고압에 적합한 립 시일부를 가진 보어를 포함하는, 작동실 및 저장실 사이에서 연결부를 수용하는 횡방향 벽을 구비하며; 저장실 압력이 저장실 피스톤을 유압식으로 또는 기계적 하중으로 축선 방향으로 이동시키고, 반경방향으로 압축시켜서 공기로 충진된 공간을 저장실로부터 분리시키며; 보조 피스톤, 즉 작동 피스톤 상의 원판 피스톤이 급속 행정하도록 양측에서 교대로 압축공기를 공급받는 특징들을 포함하는 유공압식 압력변환기 형태의 유압식 압력변환기인 것을 특징으로 하는 한다. 이러한 유공압식(hydropneumatic) 압력변환기는 공지되어 있는데(독일특허공보 제28 18 337호), 이것의 가장 큰 문제점은 작동 피스톤의 부가적이고 독립적인 공압 작동으로 인해 작동 피스톤이 트렁크 피스톤에 앞서거나 귀환 행정시 뒤처진다는 것이다.
본 발명은 또한 한편으로는 저장실이 그리고 다른 한편으로는 작동실이 공지되어 있으며 오래전부터 시판되고 있는 바와같이 무관하게 병렬로 배열된 2개의 실린더내에 위치하는 유공압식 압력변환기에 적용될 수 있다. 항상 저장실과 작동실 사이에서 상기 부가의 연결 채널이 어떤 경로로 위치 하는지가 중요하다.
본 발명의 또다른 장점 및 바람직한 실시예는 하기의 도면 설명 및 특허청구 범위에 제시되어 있다.
제1도에 도시된 실시예에서는 오일로 채워진 작동실(1)에 작동 피스톤(2)이 축방향으로 이동가능하게 배열되어 있고, 이러한 피스톤(2)은 하우징(3)의 보어내에서 안내 된다. 작동 피스톤(2)에는 동력 전달을 위해 하우징의 외부로 돌출해 있는 피스톤 로드(4)가 배열되어 있다. 또한, 원판 피스톤(5)이 작동 피스톤(2) 및 피스톤 로드(4)에 고정되어 있다. 상기 원판 피스톤(5)은 자켓 튜브(6)쪽으로 반경방향으로 밀봉되어서 2개의 공압실(7,8)을 분리시킨다. 이러한 공압실에는 작동 피스톤(2)이 신속하게 행정할 수 있도록 교대로 압축공기가 공급된다. 공압실(8)에 과압이 발생되면 작동 피스톤(2)이 다시 상부로, 즉 도시된 출발위치로 즉시 이동된다.
도면에 도시되어 있는 바와같이, 작동실(1) 상부에는 작동실(1)과 유압식으로 연결되어 있는 저장실(9)이 위치하고 있는데, 저장실 스프링(12)을 갖춘 저장실 피스톤(11)에 의한 유압에 의해 상기 저장실(9)에 낮은 압력이 발생된다. 이러한 저장실 압력은 작동 피스톤(2)의 급속 행정시 저장실(9)로부터 배출된 오일로 작동실(1)을 채우기에 충분하다. 저장실 피스톤(11)은 자켓 튜브(13)내에서 반경방향으로 밀봉되어 있고, 축선방향으로 이동가능하다. 트렁크 피스톤(15)의 구동 피스톤(14)도 마찬가지로 상기 자켓 튜브(13)내에서 반경방향으로 밀봉되어 있고, 축선방향으로 이동가능하게 지지되어 있으며, 상기 구동 피스톤(14)은 저장실 스프링(12)의 힘에 대항해서 작동실(1) 쪽으로 이동될 수 있다. 트렁크 피스톤(15)은 반경방향으로 밀봉되어 있으며 저장실 피스톤(11)을 관통하여 저장실(9)내로 삽입되어 있다. 구동 피스톤(14)은 트렁크 피스톤(15)과 함께, 구동 피스톤(14)의 상부에 있는 조정실(16)내로 안내되는 압축 공기에 의해 구동된다. 이러한 압축공기의 공급은 작동 피스톤(2)이 급속 행정(rapid stroke)을 끝낸 이후 작동 피스톤(2)의 실제압력 행정이 시작되기 이전에 이루어진다. 구동 피스톤(14)이 압축공기에 의해 이동되면, 트렁크 피스톤(15)은, 작동행정이 끝난 후, 저장실(9)로부터 작동실(1)로 이어져 있는 연결보어(17)내로 삽입되고, 그에따라 반경방향 시일부(18)와의 상호작용에 의해 보어가 폐쇄되며, 트렁크 피스톤(15)이 작동실(1)내로 더욱 삽입되면 거기에서 유체가 밀려나가게 되고, 이에따라 작동피스톤(2)에 대해 작용된다. 구동 피스톤(14)의 횡단면이 트렁크 피스톤(15)의 횡단면 보다 훨씬 크기 때문에, 조정실(16)에서의 공압으로부터 작동실(1)에서의 유압으로의 높은 압력 변환이 이루어진다. 또한, 작동 피스톤(2)의 횡단면이 트렁크 피스톤(15)의 횡단면 보다 훨씬 크기 때문에, 작동실(1) 내부에서 작동 피스톤(2)으로의 동력전달이 이루어지고 이에 따라 피스톤 로드(4)에 상응하는 변위력이 생긴다.
피스톤 로드(4)의 귀환 행정을 위해 조정실(10)내에서의 공압이 강하되면, 저장실 스프링(12)은 구동피스톤(14)을 출발위치로 밀어낸다. 동시에 공압실(7)내의 압력 강하 또는 공압실(8)내의 압력 상승을 통해 작동 피스톤(2)이 원판 피스톤(5)에 의해 다시 출발위치로 밀려지며, 이때 작동 피스톤(2)에 의해 유체가 다시 저장실(9)내로 유입되고 거기서 저장실 피스톤(11)이 저장실 스프링(12)의 힘에 대항해서 다시 출발위치로 밀려진다.
본 발명에 따르면, 하우징(3)내의 저장실(9)과 작동실(1) 사이에 있는 연결보어(17) 외부에 연결채널(19)이 제공되어 있으며, 상기 연결채널(19)내에는 가동 밸브부재(21) 및 스프링(22)을 가진 첵밸브가 배열되어 있는데, 이러한 첵 밸브는 저장실(9) 쪽으로의 흐름을 차폐시킨다. 연결보어(17)가 트렁크 피스톤(15) 및 반경방향 시일부(18)에 의해 차페되면, 상기 채널(19)을 통해 유체가 저장실(9)로부터 작동실(1)내로 흐를 수 있다.
제2도에 도시된 본 발명의 변형예에 따르면, 저장실(9)과 작동실(1) 사이의 연결채널로서 하우징(3)의 외부로 뻗은 관(23)이 사용되며, 상기 관(23)내에는 가동 밸브부재(24)와 스프링(25)을 갖춘 첵 밸브가 배열되어 있다. 이러한 첵 밸브는 마찬가지로 저장실(9) 쪽으로의 흐름을 차폐시킨다.
상기의 설명, 도면 및 하기의 특허청구범위에 나타나는 모든 특징들은 개별적으로 뿐만아니라 서로 임의로 조합되어 본 발명을 이룬다.

Claims (6)

  1. 하우징(3)내에 위치하고 있는 유체가 충진되어 있는 작동실(1)로서, 상기 하우징(3)의 외부로 돌출된 피스톤 로드(4)를 갖춘 작동 피스톤(2)이 작동하는 작동실(1)과, - 한정된 횡단면을 갖는 보어(17)를 통해 상기 작동실(1)과 유압식으로 연결되어 있는 유체로 충진된 저장실(9)과, 그리고 - 상기 작동 피스톤(2)보다 작은 직경을 가진 트렁크 피스톤(15)으로서, 상기 트렁크 피스톤(15)은 낮은 압력하에서, 상기 작동 피스톤(2)이 급속 행정하고 유체가 상기 저장실(9)로부터 상기 작동실(1)로 흐른 후에 보어(17)내로 삽입되어 반경방향으로 밀봉되는 방식으로 압축되고, 귀환 행정시 상기 보어(17)로부터 다시 나오고, 상기 작동실(1)에서 상응하는 고압을 발생시킴으로써 상기 유체가 상기 작동실(1)로부터 상기 저장실(9)내로 다시 흐르게 하는 트렁크 피스톤(15)을 포함하는 유압식 압력변환기에 있어서, 상기 작동실(1)과 상기 저장실(9) 사이에서 상기 보어(17)를 포함하는 연결부로부터 떨어지게 배열된 연결채널(19; 23)을 더 포함하며, 상기 연결채널(19; 23)은 상기 작동실(1)이 고압일 때에는 페쇄되고 상기 작동실(1)이 저압일 때에는 상기 작동실(1) 쪽으로 개방되는 것을 특징으로 하는 유압식 압력변환기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연결채널(19; 23)을 상기 작동실(1) 쪽으로 개방시키고 상기 저장실(9) 쪽으로 페쇄시키는 첵 밸브(21, 22, 24, 25)가 상기 연결채널(19; 23)에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 유압식 압력변환기.
  3. 제2항에 있어서, 유체의 역흐름을 방지하는 상기 첵 밸브의 이동가능한 밸브 링크(21, 24)가 스프링(22, 25)에 의해 하중을 받는 것을 특징으로 하는 유압식 압력변환기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결채널(19)이 상기 하우징(3)내로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 유압식 압력변환기.
  5. 제1항 내지 3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 연결채널(23)이 상기 하우징(3)의 외부로 연장하는 관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유압식 압력변환기.
  6. 제1항 내지 제3항 증 어느 한 항에 있어서, - 한편으로는 상기 작동 피스톤(2) 및 상기 작동실(1)이, 다른 한편에서는 상기 보어(17), 상기 저장실(9), 및 상기 트렁크 피스톤(15)이 동축선 또는 축선에 평행하게 배열되어 있으며, - 상기 트렁크 피스톤(15)이 공압식으로 작동하는 상기 구동 피스톤(14)에 의해 저장실 스프링(12)에 대항하여 작동하며, - 고압에 적합한 립 시일부(18)를 가진 상기 보어(17)를 포함하는, 상기 작동실(1) 및 상기 저장실(9) 사이에서 연결부를 수용하는 횡방향 벽을 구비하며, - 저장실 압력이 저장실 피스톤(11)을 유압식으로 또는 기계적 하중으로 축선 방향으로 이동시키고, 반경방향으로 압축시켜서 공기로 충진된 공간을 상기 저장실(9)로부터 분리시키며, - 보조 피스톤(5), 즉 상기 작동 피스톤(2) 상의 원판 피스톤이 급속 행정하도록 양측에서 교대로 압축공기를 공급받는 특징들을 포함하는 유공압식 압력변환기인 것을 특징으로 하는 유압식 압력변환기.
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