KR101285104B1 - 가변속 유체 커플링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체커플링의 동력전달축(입력축과 출력축)의 누유 방지를 위한 라비린스 씰 구조를 개선하고, 스쿠프튜브의 표면마모방지 및 스큐프튜브와 커버 사이의 누유를 방지하는 등 안정되고 향상된 작동성을 도모한 가변속 유체 커플링에 관한 것이다.
본 발명은 구동임펠러(14)와 종동임펠러(15)에 동력전달축이 연결되어 상기 하우징(13) 내부 오일챔버에 충진된 오일을 매개로 동력전달이 이루어지고 스쿠프케이스(16)에는 오일챔버 내부로 공급되는 오일 량을 조절하는 스쿠프튜브(9)를 갖는 유체 커플링에 있어서, 상기 동력전달축(1)을 회전지지하는 베어링어셈블리의 샤프트슬리브(2)와 인너커버(3) 및 미들커버(4)와 표면커버(5)에 이중의 씰 챔버(6)(61)와 라비린스 씰 갭(7)(71)을 형성하고, 샤프트슬리브(2)와 표면커버(5)에는 회수챔버(8)와 회수로(81)를 형성하여 가변속 유체 커플링을 구성한 것에 요지가 있다.

Description

가변속 유체 커플링{Variable Speed Fluid Coupling}

본 발명은 누유방지 및 스쿠프튜브 내구성이 강화된 가변속 유체 커플링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체커플링의 동력전달축(입력축과 출력축)의 누유 방지를 위한 라비린스 씰 구조를 개선하고, 스쿠프튜브의 표면마모방지로 내구성을 향상시키며, 스쿠프튜브와 커버 사이의 누유를 방지하는 등 안정되고 향상된 작동성을 도모한 가변속 유체 커플링에 관한 것이다.

일반적으로 유체커플링은 동력전달축(입력축과 출력축)이 오일을 매개(임펠러 내부의 오일량에 따라)로 동력을 전달할 수 있게 구성되는 동력전달장치로서 오일챔퍼와 일체로 결합된 구동임펠러에 입력축이 연결되고, 그 대향 측에 종동임펠러가 출력축에 연결되어 동력전달이 이루어진다.

이러한 입력축과 출력축의 동력전달축에는 동력전달축을 회전지지하는 베어링의 윤활작용을 위한 윤활유의 누유를 방지할 목적으로 라비린스 씰(SEAL) 구조를 가지고 있는 것이 전형적이다. 이러한 라비린스 씰 구조는 동력전달축의 비접촉식 회전을 위한 베어링 어셈블리의 윤활을 담당하는 윤활유가 누유되어 원활한 윤활작용이 이루어지지 못할 경우 베어링 어셈블리의 손상과 수명 단축은 물론 유체 커플링의 작동을 불량하게 하는 등의 문제를 야기한다.

(즉, 윤활유가 누유된다면 하우징 내부 오일이 사라져서 결론적으로 원활한 윤활작용뿐 만 아니라 동력전달도 되지가 않는다.)

이러한 누유방지를 위해 여러 기계분야에서 다양한 라비린스 씰 구조가 적용되고 있다.(참고문헌1 내지 4)

상기 참고문헌1 내지 4에 게재된 라비린스 씰 구조를 비롯하여 종래 대표적인 라비린스 씰 구조는 도 7에서 도시하고 있는 바와 같이 동력전달축(100)에 결합된 샤프트 슬리브(110) 내측 인너커버(120)와 미들커버(130) 사이에 라비린스 씰 갭(GAP)(140)을 형성한 라비린스 씰 구조로 이루어져 있다.

이러한 종래 라비린스 씰 구조는 하나의 라비린스 씰 갭 만으로 이루어져 라비린스 씰 갭을 통과하여 2차적으로 발생되는 누유를 차단하지 못함으로써 2차발생의 누유에 대한 차단기능이 소극적일 수밖에 없고 또 원심력에 의해 각 커버의 내부를 타고 흐르는 누유의 스트림에 대응하는 차단기능을 제공하지 못하여 효과적인 씰링기능을 기대할 수 없어 결과적으로 베어링의 마모 및 수명단축과 작동불량을 야기하였다.

또한, 유체커플링은 임펠러 내부의 오일량에 따라 회전속도가 가변되는 것으로 임펠러의 회전과 함께 순환하는 오일은 스쿠프 튜브를 통해 배출되며 이때 배출되는 오일이 스쿠프튜브와 커버 사이의 틈새로 누유될 우려가 있어 이들 틈새로의 누유를 방지할 수 있도록 씰링구조를 갖추고 있다.

그러나 상기 씰링구조 만으로는 오일 스쿠프튜브와 커버 사이의 틈새로 발생되는 누유를 효과적으로 방지할 수 없어 상기 임펠러 내부로 공급하는 오일량 조절을 위해 전후로 직선 운동하는 스쿠프튜브의 구조개선과 기존 씰링 구조에 추가하여 적극적인 누유차단으로 누유방지기능을 향상시킬 수 있는 2중의 씰링구조가 요구된다. (임펠러 내부로 공급하는 오일량을 조절하는 스쿠프튜브는 참고문헌5에 게재되어 있다.)

(참고문헌1) 대한민국 등록특허공보 제10-0686429호. 2007.02.26. (참고문헌2) 대한민국 등록특허공보 제10-0790952호. 2008.01.03. (참고문헌3) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0059482호. 2009.06.11. (참고문헌4) 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0065422호. 2010.06.17. (참고문헌5) 대한민국 공개특허공보 제10-1998-081087호. 1998.11.25. p4. 상기 본 발명에서 기술하고 있는 모든 참고문헌은 공보에 게재된 도면을 비롯한 전문의 내용이 본 발명의 배경되는 기술과 관련되고 또 이에 포함된다.

이에 본 발명은 유체 커플링에 있어서 동력전달의 비접촉식 회전을 위한 베어링의 윤활유가 누유되는 것을 적극적으로 차단하기 위하여 다중의 라비린스 씰 갭과 씰 챔버(Chamber)로 라비린스 씰 구조를 구성함으로써 누유방지를 효과적으로 달성할 수 있게 하며,

또 변속을 위해 오일챔버 내부로 공급되는 오일량을 조절하는 스쿠프튜브의 표면에 경질 크롬을 실시하여 표면을 단단하고 매끄러운 거칠기로 표면조도를 지속적으로 유지시킬 수 있게 함으로써 마모 방지와 함께 스쿠프튜브와 커버의 틈새로 누유가 발생되지 않게 한다.

또 스쿠프튜브 튜브와 커버 사이로 오링을 구비하여 기 설치된 오일씰과 함께 밀봉시킴으로써 외부로의 오일 누유를 차단시키고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은;

[청구항 1]에 기재된 발명에 따르면; 구동임펠러와 종동임펠러에 동력전달축이 연결되어 오일챔버 내부에 충진된 오일을 매개로 동력전달이 이루어지고 스쿠프케이스에는 오일챔버 내부로 공급되는 오일 량을 조절하는 스쿠프튜브가 구비되며, 상기 동력전달축을 회전지지하는 베어링어셈블리의 샤프트슬리브와 인너커버 및 미들커버와 표면커버에 이중의 씰 챔버와 라비린스 씰 갭을 형성한 가변속 유체 커플링에 있어서, 상기 인너커버와 미들커버 사이에 인풋베어링 새들의 회수관과 연통되는 1차 씰 챔버를 형성하고, 상기 미들커버와 샤프트슬리브 및 표면커버 사이에는 2차 씰 챔버를 형성하여 인너커버와 미들커버 사이의 1차 라비린스 씰 갭과 미들커버의 회수공을 통해 1차 씰 챔버와 연통시키며, 상기 2차 씰 챔버는 샤프트슬리브와 표면커버 사이의 2차 라비린스 씰 갭으로 표면커버의 회수챔버와 연통시킨 것을 특징으로 한다.

[청구항 2]에 기재된 발명에 따르면; 제 1 항에 있어서, 상기 회수챔버는 서로 연통된 구조의 회수로를 형성하여 2차 라비린스 씰 갭과 연통시키며, 상기 2차 라비린스 씰 갭과 연통되는 회수챔버내 샤프트슬리브 표면에는 요철을 형성하고 상기 회수챔버의 외측 내벽에는 오일의 스트림을 회수로 측으로 유도하는 경사면과 차단홈을 형성한 것을 특징으로 한다.

삭제

삭제

삭제

본 발명은 다중의 라비린스 씰 갭과 씰 챔버(Chamber)로 라비린스 씰 구조를 구성하여 동력전달축의 베어링 어셈블리에서 발생되는 누유를 효과적으로 방지하고 스쿠프튜브 표면의 경질 크롬을 통해 스쿠프튜브의 마모방지와 함께 스쿠프튜브와 커버의 틈새로 누유가 발생되지 않게 하며, 스쿠프튜브 튜브와 커버 사이로 오링을 구비하여 외부로의 오일 누유를 차단시킴으로써 유체 커플링의 작동 안정성을 높이고 사용수명의 연장과 성능 향상에 기여할 수 있는 등의 이익이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예가 적용된 전체 구성도.
도 2는 본 발명 중 동력전달축의 라비린스 구조를 보인 구성도.
도 3은 도 2의 일요부 발췌 확대도.
도 4, 5는 본 발명 중 스쿠프튜브의 구성을 보인 일부 발췌도.
도 6은 본 발명 중 스쿠프튜브의 요부 단면도.
도 7은 종래 라비린스 씰 구조를 도시한 단면도.

본 발명은 오일챔버와 일체로 형성된 구동임펠러에 입력축을 연결하고, 그 대향측 종동임펠러에 출력축을 연결하며 상기 오일챔버에 충진된 오일을 매개로 동력전달이 이루어지는 유체 커플링에 있어서, 상기 입력축과 출력축을 회전지지하는 베어링 어셈블리에 다중의 라비린스 씰 갭과 씰 챔버 등으로 라비린스 씰 구조를 구성한 것이다. 상기 라비린스 씰 구조는 입력축과 출력축 모두에게 동일한 구조를 갖는다.

입력축과 출력축의 베어링 어셈블리에는 내측에서 입력축과 출력축을 회전지지하는 인풋베어링과, 인풋베어링 외측의 인풋베어링 새들 등으로 이루어진다. 상기 인풋베어링 새들 외측으로 누유방지를 위한 라비린스 씰 구조가 실시된다. 상기 인풋베어링 새들에는 회수관이 형성되어 누유가 차단된 오일이 회수된다.

입력축과 출력축은 샤프트슬리브와 인너커버에 삽입되고 이들 외측에는 인풋베어링 새들과 회수관으로 연결되는 미들커버가 결합되고, 다시 그 외측으로 표면커버가 결합되어 입력축과 출력축을 회전지지하고 윤활유의 누유를 차단한다. 이러한 입력축과 출력축의 베어링어셈블리 구성은 일반적이다.

본 발명은 상기 샤프트슬리브와 인너커버에 이중의 라비린스 씰 갭을 형성하고 또 이들 사이에 이중의 씰 챔버를 형성하며, 표면커버에는 원심력에 의한 오일누유를 차단함과 아울러 누유되는 오일의 회수로를 형성하여 상기 이중의 라비린스 씰 갭과 씰 챔버를 통해서 발생될 수 있는 누유와 표면커버를 통해 발생될 수 있는 누유를 차단하고 또 누유되는 오일을 회수할 수 있게 함으로써 더욱 효과적으로 누유를 방지할 수 있게 한다.

또, 변속을 위해 액츄에이터에 구동되어 오일챔버 내부로 공급되는 오일량을 조절하는 스쿠프튜브의 표면에 경질 크롬을 실시한다.

또, 스쿠프튜브 튜브와 커버 사이로 오링을 구비하여 오일 씰과 함께 밀봉시키도록 구성한다.

이하 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면과 함께 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일실시예가 적용된 전체 구성도, 도 2는 본 발명중 동력전달축의 라비린스 구조를 보인 구성도, 도 3은 도 2의 일요부 발췌 확대도, 도 4, 5는 본 발명중 스쿠프튜브의 구성을 보인 일부 발췌도, 도 6은 본 발명중 스쿠프튜브의 요부 단면도이다.

본 발명은 이미 전술한 바와 같이 입력축과 출력축에 동일한 구성요소를 가지고 동일 구조로 동일하게 적용되는 것이므로 설명의 중복을 피하기 위하여 이하 입력축과 출력축을 동력전달축으로 통일하여 호칭하고 동일한 부호를 사용하며 그 나머지 동일한 구성요소에 대해서도 동일한 도면 부호를 사용한다.

본 고안은 오일챔버(13)와 일체로 형성된 구동임펠러(14)에 동력전달축(1;입력축)이 연결되고, 그 대향 측에는 종동임펠러(15)에 동력전달축(1;출력축)이 연결되며 상기 오일챔버(13) 내부에 오일이 충진되어 동력전달이 이루어지고 스쿠프케이스(16)에 스쿠프튜브(9)가 설치되는 유체 커플링에 있어서, 상기 동력전달축(1)을 회전지지하는 베어링어셈블리에 이중의 씰 챔버와 라비린스 씰 갭 등으로 라비린스 씰 구조를 구성한 것이다.

또 스큐프튜브(9)에 경질 크롬도금(91)을 실시하고 커버(92)에는 오링(93)을 구비시킨 것이다.

이하 본 발명에 대하여 구체적으로 살펴본다.

동력전달축(1)의 베어링어셈블리에는 내측에서 동력전달축(1)을 지지하는 인풋베어링(17)과, 인풋베어링(17)의 인풋베어링 새들(18) 등으로 이루어지고 상기 인풋베어링 새들에는 회수관(19)이 형성되어 누유가 차단된 오일이 회수된다.

동력전달축(1)은 샤프트슬리브(2)와 인너커버(3)에 삽입되고 이들 외측에 인풋베어링 새들(18)과 미들커버(4)가 결합되며, 다시 그 외측에 표면커버(5)가 결합되어 동력전달축(1)을 회전지지하고 윤활유의 누유를 차단한다. 이러한 동력전달축(1)의 베어링어셈블리 구성은 일반적이다.

본 발명은 상기 샤프트슬리브(2)와 인너커버(3) 사이에 이중의 씰 챔버(6)(61)와 라비린스 씰 갭(7)(71)을 형성하며, 표면커버(5)에는 회수챔버(8)와 회수로(81)를 형성한다.

상기 인너커버(3)와 미들커버(4) 사이에는 1차 씰 챔버(6)를 형성하고 상기 1차 씰 챔버(6)는 인풋베어링 새들(18)의 회수관(19)과 연통시켜 동력전달축(1)과 베어링 등의 비접촉 회전부로부터 누유되는 오일을 1차 씰 챔버(6)로부터 회수관(19) 측으로 회수시켜 누유를 차단시킨다.

또 상기 인너커버(3)와 미들커버(4)에는 1차 라비린스 씰 갭(7)을 형성하고 상기 1차 씰 챔버(6)에 연통시켜 회수되지 않은 오일을 차단할 수 있게 한다.

상기 1차 라비린스 씰 갭(7)은 인너커버(3)와 미들커버(4)의 조립부에 형성되어 서로 결합되는 구조를 가지며 상기 1차 라비린스 씰 갭(7)은 도시한 예와 같이 전형적인 형태와 구조로 이루어진다.

또 상기 미들커버(4)와 내측 샤프트슬리브(2) 및 외측의 표면커버(5) 사이에는 상기 1차 라비린스 씰 갭(7)과 연통되는 2차 씰 챔버(61)을 형성하여 1차 라비린스 씰 갭(7)에서 차단되지 못하는 오일이 경유되게 한다.

상기 2차 씰 챔버(61)에는 미들커버(4)의 회수공(4a)을 통해 1차 씰 챔버(6)와 연결하여 2차 씰 챔버(61)에서 잔류되는 오일을 1차 씰 챔버(6)로 회수시켜 인풋베어링 새들(18)의 회수관(19)을 통해 회수시키도록 한다.

상기 회수관(19)는 도시한 예와 같이 1차 씰 챔버(6)를 향해 외측으로 경사지게 형성하여 원심력에 의한 오일의 스트림을 적극적이고 원활하게 유도함으로써 누유되는 오일의 회수율을 높일 수 있게 한다.

또 상기 2차 씰 챔버(61)는 샤프트슬리브(2)와 표면커버(5) 사이에 형성된 2차 라비린스 씰 갭(71)과 연통시킨다.

즉, 샤프트슬리브(2)와 표면커버(5)의 조립부에 2차 라비린스 씰 갭(71)을 형성하여 2차 씰 챔버(61)와 연통시켜 상기 2차 씰 챔버(61)에서 차단되지 못한 누유를 방지할 수 있게 한다. 상기 2차 라비린스 씰 갭(71) 역시 상기한 1차 라비린스 씰 갭(7)과 같이 전형적인 형태와 구조로 이루어진다.

한편, 상기 표면커버(5)에는 상기 2차 라비린스 씰 갭(71)에서 차단되지 못하고 발생될 수 있는 누유 방지를 위한 회수챔버(8)와 회수로(81)를 형성한다.

상기 회수챔버(8)와 회수로(81)는 도시한 바와 같이 서로 연통된 구조로 형성하고 회수로(81)는 축방향과 직교방향으로 외측을 향해 형성하며, 상기 회수챔버(8)는 2차 라비린스 씰 갭(71)과 연통되게 하고 상기 2차 라비린스 씰 갭(71)과 연통되는 회수챔버(8)내 샤프트슬리브(2) 표면에 요철(82)을 형성한다.

상기 요철(82)은 오일의 스트림을 방해하여 샤프트슬리브(2)을 표면을 타고 발생될 수 있는 누유의 흐름을 방해하여 차단한다.

한편 상기한 회수챔버(8)의 외측 내벽에는 오일의 스트림이 회수로(81) 측으로 원활히 유도될 수 있도록 회수로(81)를 향하여 경사지게 경사면(83)을 형성하고 상기 경사면(83)과 샤프트슬리브(2) 사이에는(더욱 구체적으로는 요철(82)이 형성된 샤프트슬리브(2) 방향의 회수챔버(8) 내벽면과 경사면(83) 사이에는) 차단홈(84)을 형성한다.

상기 차단홈(84)은 원심력에 의한 역작용으로 회수로(81)를 통해 회수되지 못한 오일이 샤프트슬리브(2) 측으로 역류하여 샤프트슬리브(2)와 표면커버(5) 사이로 누유될 경우를 차단한다.

이와 같이 상기 회수챔버(8)와 회수로(81)는 상기 이중의 라비린스 씰 갭(6)(61)과 씰 챔버(7)(71)를 통해서도 발생될 수 있는 누유를 재차단하고 또 재차단되지 못한 오일은 회수시킬 수 있게 하는 것이다.

한편, 도 4 내지 도 6에서와 같이 액츄에이터(95)에 구동되어 변속을 위해 오일챔버 내부로 공급되는 오일량을 조절하는 스쿠프튜브(9)의 표면에 경질 크롬도금(91)을 형성한다.

상기 스쿠프튜브(9) 표면의 경질 크롬도금(91)은 스쿠프튜브(9)의 표면을 단단하게 하고 매끄러운 거칠기를 유지시켜 표면 마모를 방지함과 아울러 표면조도를 양호한 상태로 지속시킴으로써 스쿠프튜브(9)와 커버(92)의 틈새로 누유가 되지 않도록 이를 방지하는 효과를 발휘한다.

또, 스쿠프튜브(9)와 커버(92) 사이에 오링(93)을 형성하여 상기 오링(93)이 오일씰(94)과 함께 이중 밀봉구조를 제공토록 함으로써 상기 경질 크롬도금(91)과 함께 스쿠프튜브(9)와 커버(92) 사이로 누유가 발생되지 않게 한다.

상기에서 라비린스 씰 구조의 효율은 특히 라비린스 씰 갭(7)(71)의 틈새에 비례하므로 상기 틈새가 높은 효율을 갖도록 작게 함과 동시에 작동중에 서로 접촉하는 것을 방지하기 위해서 적정의 틈새를 유지하게 한다.

본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하기 위하여 첨부한 도면에 사용된 부호에 대하여 간략히 설명하면 하기와 같다.
1: 동력전달축 2:샤프트슬리브(SHAFT SLEEVE)
3:인너커버(INNER COVER) 4:미들커버(MIDDLE COVER)
5:표면커버(UPON COVER) 6,61:씰 챔버(SEAL CHAMBER)
7,71':라비린스 씰 갭(labyrinth SEAL GAP) 8:회수챔버
81:회수로 82:요철
83:경사면 84:차단홈
9:스쿠프튜브 91:경질 크롬도금
92:커버 93:오링
94:오일씰 95:액츄에이터
상기한 부호의 설명을 비롯하여 본 발명의 상세한 설명과 청구범위의 기재에 사용된 용어는 본 발명을 최선을 방법으로 설명하기 위한 것으로, 발명의 목적과 구성 및 첨부된 도면 등을 포함한 전체의 기재내용을 통해 종합적이고 객관적으로 이해하고 해석하여야 하는 것이지 사전적 의미로만 한정 해석함으로써 사용된 용어의 의미와 개념을 불분명하게 하여서는 아니 될 것이다.

Claims (5)

1. 구동임펠러(14)와 종동임펠러(15)에 동력전달축이 연결되어 오일챔버(13) 내부에 충진된 오일을 매개로 동력전달이 이루어지고 스쿠프케이스(16)에는 오일챔버 내부로 공급되는 오일 량을 조절하는 스쿠프튜브(9)가 구비되며,
   상기 동력전달축(1)을 회전지지하는 베어링어셈블리의 샤프트슬리브(2)와 인너커버(3) 및 미들커버(4)와 표면커버(5)에 이중의 씰 챔버(6)(61)와 라비린스 씰 갭(7)(71)을 형성한 가변속 유체 커플링에 있어서,
   상기 인너커버(3)와 미들커버(4) 사이에 인풋베어링 새들(18)의 회수관(19)과 연통되는 1차 씰 챔버(6)를 형성하고,
   상기 미들커버(4)와 샤프트슬리브(2) 및 표면커버(5) 사이에는 2차 씰 챔버(61)를 형성하여 인너커버(3)와 미들커버(4) 사이의 1차 라비린스 씰 갭(7)과 미들커버(4)의 회수공(4a)을 통해 1차 씰 챔버(6)와 연통시키며,
   상기 2차 씰 챔버(61)는 샤프트슬리브(2)와 표면커버(5) 사이의 2차 라비린스 씰 갭(71)으로 표면커버(5)의 회수챔버(8)와 연통시킨 것을 특징으로 하는 가변속 유체 커플링.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 회수챔버(8)는 서로 연통된 구조의 회수로(81)를 형성하여 2차 라비린스 씰 갭(71)과 연통시키며,
   상기 2차 라비린스 씰 갭(71)과 연통되는 회수챔버(8)내 샤프트슬리브(2) 표면에는 요철(82)을 형성하고 상기 회수챔버(8)의 외측 내벽에는 오일의 스트림을 회수로(81) 측으로 유도하는 경사면(83)과 차단홈(84)을 형성한 것을 특징으로 하는 가변속 유체 커플링.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images