KR101424008B1 - 로터리 피스톤 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 로터리 피스톤 펌프 또는 로터리 피스톤 압축기로 동작하고 전기로 구동되는 로터리 피스톤 장치로서, 전기 코일(2)과 펌프 헤드(3)를 수용하는 기초 하우징(1)을 포함하고, 펌프 작동 공간이 바람직하게는 로터(15,17)의 트로코이드 톱니에 의해 한정되는 로터리 피스톤 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 보통 상대적으로 저렴하게 제조될 수 있는 상기 펌프 헤드(3)는 일회용 부품으로 구성되므로, 더 비싼 상기 기초 하우징(1)과 함께 급속 연결부(7,10,11,12,14)를 구비한다.
기초 하우징, 펌프 헤드, 급속 연결부, 로터, 클램핑 링

Description

로터리 피스톤 장치 및 그 제조 방법{ROTARY PISTON MACHINE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 각각 대표 청구항, 제10항, 및 제3항에 기재된 일반적 유형(국제공개공보 WO 05/024236 A1)의 로터리 피스톤 장치에 관한 방법, 상기 로터리 피스톤 장치의 제조 방법, 및 이러한 방법들을 수행하기 위한 로터리 피스톤 장치에 관한 것이다.
일반적인 펌프 및 압축기 분야에서 공급되는 물질이 점성을 갖는 독성 물질이거나 또는 고온에서만 공급될 수 있는 경우, 이는 회전형 부품을 세척할 때 엄격한 조건이 요구되거나, 또는 이러한 세척을 거의 곤란하게 하거나 심지어 불가능하게 하므로 심각한 문제가 발생한다. 또한, 공급되는 물질의 가치와 장치의 가치를 비교해 볼 때, 장치를 교체하는 것은 중요한 문제이다. 이는 특히 상기 장치에 약제가 사용되거나 또는 보통 고온에서 공급되어야하는 임의의 플라스틱(plastic)이 사용되는 경우 문제된다. 펌프 부품을 세척하는 것은 상당한 문제점이 있다. 이는 세척용 산성 물질 또는 유사한 물질이 사용될 때 펌프 부품이 대응하여 저항할 수 있어야 하기 때문이다. 따라서, 펌프의 남아있는 잔여 공간, 즉 손상을 유발하는 공간은 가능한 작게 형성되어야 하고, 가능하다면 거의 없어야 한다. 실제로 상기 로터리 피스톤 장치(rotary piston machine)에 스테인리스 스틸 또는 값비싼 저항성 소재를 사용함으로써 이러한 문제점을 해결하려는 시도가 있었다.
< 본 발명의 목적 >
본 발명의 목적은 일반적 유형의 로터리 피스톤 장치에 대한 배치 방법 또는 제조 방법을 개선하고, 또는 이러한 로터리 피스톤 장치가 특히 전문가들의 선입관을 극복함과 동시에 광범위하게 사용될 수 있는 특별한 구성을 개발하는 것이다.
< 본 발명의 구성 및 효과 >
이러한 목적은 청구항 제1항 및 제10항에 따른 본 발명의 방법과 청구항 제3항에 따른 본 발명의 로터리 피스톤 장치에 의해 달성된다.
전기로 구동되는 펌프에 대개 고정되도록 배치되는 값비싼 하우징 부품이 공지되어 있는데, 상기 하우징 부품은 전류가 흐르는 전기 제어형 코일을 수용하고, 컵 형태의 캔(can)에 의해 영구 자석을 수용하는 회전형 동력 로터로부터 분리된다(DE 603 00 780 T2 및 AT 28 11 84). 그러나, 상기 문헌은 완전히 상이한 문제, 특히 이러한 캔형 펌프(can pump)의 전기 부품을 냉각시키는 문제에 관한 것이며, 본 발명과 같이 일회용 부품으로 형성되는 "비싸지 않은" 펌프 헤드를 일정한 환경하에서 값비싼 펌프 하우징과 위치적으로 고정되도록 결합시킴으로써 비용을 절약할 수 있는 구성에 관한 것이 아니다. 본 발명의 중요한 점은 펌프 헤드가 기초 하우징에서 분리된 후, 공급되는 매체가 흐르는 작동 공간(working space)이 상기 기초 하우징 쪽을 향하는 면에서 밀폐되어, 예컨대 산성 물질 또는 유사한 물질이 일회용 부품에 잔류할 수 있고 상기 일회용 부품과 함께 처분될 수 있다는 점이다. 공지된 캔형 모터(DE 603 00 780 D2 및 AT 28 11 84)에서는, 펌프가 밀폐된 상태일 때 분리되는 컵(split cup)만이 전기로 제어되는 권선에 삽입되고, 전류 코일을 수용하는 하우징은 기초 하우징을 형성하지 않으므로, 전기가 흐르는 코일을 수용하는 부품이 이동되면 펌프 헤드는 공급되는 매체와 관련하여 더 이상 밀폐될 수 없다.
또한, 액체 약품을 위한 의료용 계량 펌프의 경우, 펌프 유닛 및 모터 또는 모터와 펌프 사이에서 작동하는 연결부를 풀 수 있도록 구성함으로써, 적어도 펌프에 관한 한, 값비싼 구동 유닛(전기 모터)으로부터 분리될 수 있는 일회용 유닛으로 구성하여 상기 구동 유닛을 재사용할 수 있는 구성이 공지되어 있다(DE 199 16 876 A1). 그러나, 여기서 상기 펌프는 상술한 것과 같이 펌프 헤드가 일회용 부품으로 형성되는 것을 특징으로 하는 호스 펌프이지만, 이러한 펌프는 단지 공급 호스에 의해 외부로부터 밀봉되어 사용 범위가 매우 협소할 뿐만 아니라, 상기 호스 펌프는 급속 연결부(quick-action connection)를 구비하지 않으며, 또한 상기 펌프는 본 발명과 관련하여 상이한 유형의 펌프에 응용된다.
본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 로터는 서로 체결되는 트로코이드 톱니(trochoidal toothing) 또는 사이클로이드 톱니(cycloidal toothing)를 구비한다. 펌프의 남아있는 잔여 공간, 즉 손상을 유발하는 공간이 매우 작다는 장점을 갖는 이러한 로터리 피스톤 장치는 이미 공지되어 있지만(WO　05/024 236 A1에 개시된 일반적인 형태 참조), 본 발명과 관련된 이러한 트로코이드 로터리 피스톤 장치에 대해 전문가들 사이에는 특히 사용 방법, 제조 방법, 또는 구성과 관련하여 상당한 선입관이 존재한다.
공지된 로터리 피스톤 장치 중 매우 적은 수의 장치만이 손상을 유발하는 공간을 거의 0에 가깝게 구성함으로써, 달성하기 매우 어려운 이러한 요구조건을 만족시키고 있는데(DE AS 10 11 896, NSU; WO 2005/024236 A1, COR), 이들은 회전하는 부품의 톱니를 사이클로이드 또는 트로코이드 형태로 형성하고, 추가적인 밀봉 수단 없이 상기 톱니의 라운딩에 의해 다른 회전형 부품의 톱니와 밀봉부를 형성하도록 맞물리게 함으로써 이러한 요구조건을 만족시킨다. 따라서, 이러한 공지된 로터리 피스톤 장치에서는 손상을 유발하는 공간이 0으로 감소될 수 있다.
트로코이드 형태로 형성되는 로터(rotor)를 구비한 이러한 로터리 피스톤 장치는 손상을 유발하는 공간이 작다는 장점이 있지만, 이는 전술한 문제점, 특히 물질이 고온에서 공급되거나(플라스틱) 침식성 물질이 공급될 때의 문제점을 아직 해결하지 못하고 있다.
한편, 상기 트로코이드 톱니는 공지된 펌프와는 대조적으로 값비싼 정밀 펌프이고, 상기 정밀 부품의 일회용 부품과 같은 구성은 당업자에게 통상적인 것이라고 할 수 없으므로, 여기서는 전문가들의 선입관을 극복해야만 한다.
이러한 문제점에 대한 본 발명에 따른 해결책은, 특히 트로코이드 부품으로 구성되는 펌프 헤드를 일회용 부품으로 형성하고, 상기 일회용 부품을 급속 연결부에 의해 기초 하우징에 연결하는 것으로서, 전술한 것과 같이 모터와 광범위한 유형의 특정 펌프 사이에 위치되는 급속 연결부가 공지되어 있지만, 이는 당업자에게 자명하지 않다.
청구항 제3항에 따라 구성되는 로터리 피스톤 장치는 펌프 헤드를 용이하게 교체하기 위해 컵 형태로 형성된 캔을 구비하며, 또한 추가의 독창적인 단계로 구성되는데, 상기 캔은 공지된 펌프 분야의 당업자에게 작동중 펌프 부품의 전기 부품으로부터 흐르는 유체를 밀봉하듯이 분리하기 위한 것으로 인식되어있는 반면, 본 발명에 따른 교체가능한 펌프 헤드에 의해 공급되는 기질이 흐르는 펌프 헤드가 연결부를 형성하지 않을 수 있으므로, 이러한 단계는 공지된 캔 형태의 모터의 기능과 관련하여 아이디어의 면에서 자명하지 않은 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시형태에 따르면, 상기 펌프 헤드가 일회용 부품으로 교체될 때, 로터와 영구 자석을 구비한 상기 캔은 기초 하우징으로부터 잡아당겨지고, 이후 교체 부품이 삽입될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 펌프 헤드를 용이하게 교체하기 위해, 상기 기초 하우징과 펌프 헤드 사이의 연결부는 상기 기초 하우징과 펌프 헤드의 대응하는 장치에 체결되는 급속 커플링(quick-action coupling)으로 형성될 수 있다.
이 점과 관련하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면,
- 상기 기초 하우징과 펌프 헤드의 하우징들을 연결하기 위한 장치는 기초 하우징과 펌프 헤드 사이의 접촉하는 단부 면에 위치되고,
- 상기 하우징들은 접촉하는 영역의 바깥쪽에서 서로 대응하는 비드(bead) 또는 플랜지를 구비하며,
- 상기 하우징들은, 이들 비드 또는 플랜지 위에 체결되고 접선방향으로 단축될 수 있는 링에 의해 축방향으로 서로 조여질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 펌프 헤드의 플라스틱 부품 및/또는 분리되는 컵의 플라스틱 부품이 주형으로부터 즉석으로(ready-from-the mold) 제조되는 제조 방법이 제공된다. 이러한 제조 방법은 특히 바람직하게는 트로코이드 톱니형 로터에 사용될 수 있으며, 여기서는 라운딩 톱니가, 서로 반대편에 놓인 톱니의 에지와 톱니 돌기 사이에 선형의 작동 공간이 한정되도록 확실하게 체결되는(positive engagement) 매끄러운 표면상에서 회전하게 되는데, 이러한 로터는 펌프 헤드와 분리되는 컵의 하우징 부품을 포함하는 주형으로부터 즉석으로 제조되는 방법에 따라 적절하게 제조될 수 있다.
본 발명의 또 다른 장점과 바람직한 실시형태는 아래의 실시예, 청구범위, 및 도면에 기술될 것이다.
본 발명에 따른 예시적인 실시예가 도면에 도시되어 있다.
도 1은 본 발명의 로터리 피스톤 펌프를 분해하여 도시한 종단면도;
도 2는 기초 하우징과 펌프 헤드 하우징 사이의 급속 연결부를 도시한 평면도;
도 3은 도 2의 A를 따라 조립된 상태의 로터리 피스톤 펌프를 도시한 단면도 이다.
< 도면부호 리스트 >
1 기초 하우징
2 코일
3 펌프 헤드
4 캔
5 환형 밀봉부
6 단부 환형 홈(end annular groove)
7 (3)의 환형 비드
8 단부 면(End face)
9 플랜지 부분(flange section)
10 클램핑 링
11 (1)의 환형 비드
12 (10)의 개방면(open side)
13 개구
14 웨브
15 동력 로터(power rotor)
16 영구 자석
17 대응 로터(corresponding rotor)
18 로터리 베어링
도 1의 분해도에 도시된 것과 같이, 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프는 기초 하우징(1)을 구비하며, 상기 기초 하우징에는 펌프가 대응하는 위치에 고정되는 방식으로 정착되고, 전기 모터를 구성하는 전기로 제어할 수 있는 코일(2)이 배치된다. 상기 분해도의 우측에는 컵 형태의 캔(4)에 의해 밀폐될 수 있는 펌프 헤드(3)가 도시되어 있다. 상기 펌프 헤드(3)의 단부 환형 홈(6)에는 환형 밀봉부(5)가 배치되는데, 이는 상기 캔(4)의 플랜지 형태 부분(9)과 상기 캔(4)의 플랜지 부분(9) 쪽을 향하는 펌프 헤드(3)의 평평한 단부 면 사이에 배치된다. 이를 위해, 상기 펌프 헤드(3)는 상기 단부 면(8)이 제공되는 환형 비드(7)를 구비하고, 상기 환형 비드는 클램핑 링(10)에 체결되며, 상기 클램핑 링은 다른 쪽 단부에서 상기 기초 하우징(1)의 환형 비드(11)에 체결된다.
상기 클램핑 링(10)은 (12)로 지시된 것과 같이 일 면이 개방되어 있고, 상기 클램핑 링의 원주 길이는 개구(13)에 접선방향으로 삽입될 수 있는 나사에 의해 단축될 수 있다. 상기 클램핑 링(10)은 또한 원뿔형으로 뻗어있는 웨브(14)를 구비하므로, 상기 클램핑 링이 상기 펌프 헤드(3) 및 기초 하우징(1)의 환형 비드(7,11)에 체결되고 상기 클램핑 링(10)의 원주 길이가 단축되면 상기 펌프 헤드와 기초 하우징은 함께 조여질 수 있다.
상기 펌프 헤드(3)는 컵 형태의 캔(4) 부분에 영구 자석(16)을 구비하는 동력 로터(15), 및 대응 로터(17)를 수용하며, 이 대응 로터는 상기 동력 로터(15)와 상기 대응 로터(17)의 로터리 베어링(18)에 의해 구동된다.
도 2는 개방면(12)을 가지는 클램핑 링(10)을 상세히 도시한다.
조립된 상태의 종단면도를 도시한 도 3에 따르면, 상기 클램핑 링(10)이 풀려진 후에는, 상기 펌프 헤드(3)는 공급되는 매체가 흐르는 영역으로부터 분리될 수 있는 캔(4)을 포함하므로, 상기 기초 하우징(1) 및 전기 코일(2)에서 용이하게 잡아당겨질 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 캔 형태의 장치에만 한정되지 않고, 교체될 수 있는 펌프 헤드와 기초 하우징 사이의 밀봉부가 다른 공지된 수단으로 형성되는 로터리 피스톤 장치도 포함할 수 있음을 주의해야 한다. 중요한 점은, 펌프 헤드가 흐르는 매체로부터 분리되어 용이하고 실용적으로 교체될 수 있다는 점이다.
명세서, 아래의 청구범위, 및 도면에 개시된 모든 특징들은 개별적으로 또는 필요시 서로 조합함으로써 본 발명에 대한 필수요소를 구성할 수 있다.

Claims (11)

  1. 전기로 구동되며 로터리 피스톤 펌프 또는 로터리 피스톤 압축기로서 동작하는 로터리 피스톤 장치로서,
    - 고정되도록 배치될 수 있는 기초 하우징(1),
    - 전기로 제어할 수 있는 코일로서, 상기 기초 하우징(1) 내에 배치되고 전기 구동부로 사용되는 코일, 및
    - 상기 기초 하우징(1)에 배치되고, 작동 공간을 한정하는 상기 로터리 피스톤 장치의 로터(15,17)를 수용하는 펌프 헤드(3)를 포함하며,
    - 상기 펌프 헤드(3)는 교체 가능하고,
    - 상기 펌프 헤드(3)를 용이하게 교체하기 위해, 상기 로터리 피스톤 장치는 상기 기초 하우징(1)과 펌프 헤드(3) 사이를 연결하는 급속 연결부(7,10,11,12,14)를 구비하며,
    - 상기 펌프 헤드(3)가 기초 하우징(1)으로부터 풀려진 후 교체되면, 상기 펌프 헤드(3) 내의 작동 공간이 펌프 하우징(1) 쪽을 향하는 면(4)에 밀봉되는 로터리 피스톤 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로터는 서로 맞물리는 트로코이드 톱니 또는 사이클로이드 톱니를 구비하는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 장치.
  3. 펌프 또는 압축기로 동작하는 로터리 피스톤 장치로서,
    - 구동되는 트로코이드 톱니를 구비한 동력 로터(15),
    - 상기 트로코이드 톱니에 체결되어 대응하여 맞물려지는 대응 로터(17),
    - 상기 로터 사이에 배치되는 작동 공간,
    - 펌프 구동 장치(2,16),
    - 상기 펌프 구동 장치를 제어하기 위한 부품을 수용하는 기초 하우징(1),
    - 상기 동력 로터(15) 및 대응 로터(17)를 축방향 및 방사상으로 지지하는 펌프 헤드(3), 및
    - 상기 기초 하우징(1)과 펌프 헤드(3) 사이에 배치되는 풀릴 수 있는 연결 장치(10)를 포함하고,
    - 상기 동력 로터(15)는 캔(4)을 구비한 캔형 모터의 부품이고,
    - 상기 캔(4)은 서로 마주보는 상기 기초 하우징(1) 및 펌프 헤드(3)의 면들 사이에 방사상으로 뻗어있는 부분(4)과 연결되며,
    - 상기 펌프 구동 장치는 캔(4)에 의해, 상기 동력 로터(15)에 배치되는 자석 부품(16)과 상기 기초 하우징(1)에 배치되고 전류가 흐르는 코일 부품(2)으로 분리되는 로터리 피스톤 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기초 하우징(1)과 펌프 헤드(3) 사이의 연결 장치는 상기 기초 하우징(1)과 펌프 헤드(3)의 대응하는 장치(7,11)에 체결되는 커플링(10)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    - 상기 기초 하우징과 펌프 헤드를 연결하기 위한 상기 장치(7,11)는 접촉하는 단부 면(8) 영역에 위치되고,
    - 상기 접촉하는 단부 면 영역에는 바깥쪽에서 서로 대응하는 비드(7,11) 또는 플랜지가 제공되고,
    - 상기 비드(7,11) 또는 플랜지는, 상기 비드 또는 플랜지 위에 체결되고 접선방향으로 단축될 수 있는 링(10)에 의해 축방향으로 서로 조여질 수 있는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 링(10)은, 원주상의 하나의 위치(12)에서 단면상 외부로 만곡되고 개방되는 클램핑 링으로 형성되고, 상기 클램핑 링은, 개방된 위치(12)에 배치되고 나사 연결에 의해 서로 연결되는 방사형 웨브(14)를 구비하는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 장치.
  7. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캔(4)은 상기 동력 로터(15)의 영구 자석(16) 및 베어링을 수용하도록 구성되고, 하우징 사이에서 방사상으로 조여지는 플랜지(9)를 갖는 컵 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    서로 마주보는 상기 캔(4) 및 펌프 헤드(3)의 면들 사이에 밀봉부가 배치되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    - 상기 밀봉부는 단부 환형 홈 내에 배치되고 링으로 형성되며,
    - 상기 단부 환형 홈은, 분해 후 상기 펌프 헤드를 완전히 밀봉하기 위해 상기 플랜지(9) 쪽을 향하는 펌프 헤드의 면에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 장치.
  10. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 로터리 피스톤 장치를 제조하는 방법으로서,
    적어도 상기 동력 로터(15) 및 대응 로터(17), 또는 상기 로터리 피스톤 장치가 동작할 때 공급되는 물질과 접촉하는 상기 펌프 헤드의 부품(동력 로터(15), 대응 로터(17), 로터리 베어링(18))은 플라스틱으로 구성되고 사출 성형법을 이용하여 제조되는 로터리 피스톤 장치 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 펌프 헤드(3)의 플라스틱 부품은 몰드로부터 즉석으로 제조되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 장치 제조 방법.
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