KR101733777B1 - 어큐뮬레이터 - Google Patents

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KR101733777B1
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pressure vessel
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pressure
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지영수
박준진
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주식회사 진스틸
지영수
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의해 반응이 신속하고 취급이 간편한 구조의 어큐뮬레이터가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 어큐뮬레이터는 내부에 수용공간이 형성되어 압축성 유체를 수용하는 압력용기와, 상기 압력용기 내측에 삽입되며 양단이 개구되어 일단부는 상기 수용공간과 연통되고 타단부는 상기 압력용기의 외부와 연통되는 실린더와, 상기 수용공간과 상기 압력용기의 외부 사이의 압력 차에 따라 상기 실린더 내부를 이동하는 피스톤을 포함할 수 있다.

Description

어큐뮬레이터{Accumulator}
본 발명은 어큐뮬레이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응이 신속하고 취급이 간편한 구조의 어큐뮬레이터에 관한 것이다.
일반적으로 어큐뮬레이터는 각종 유압장치에서 유체의 맥동흡수, 비상 동력원, 압력 유지용으로 사용된다.
종래의 어큐뮬레이터는 밀폐된 실린더 내부에 피스톤이 설치되어 피스톤의 운동에 따라 실린더 내부의 기체가 압축되거나 팽창되면서 발생하는 동력을 이용하는 구조의 피스톤형 어큐뮬레이터(Piston Accumulator), 밀폐형 용기 내부에 고무와 같은 탄성부재로 이루어진 블래더(bladder)를 포함하여 블래더의 수축과 팽창에 의해 발생하는 동력을 이용하는 구조인 블래더형 어큐뮬레이터(Bladder Accumulator) 등이 있다.
종래의 피스톤형 어큐뮬레이터는 용기 내부에 압축가스의 저장공간이 한계가 있어 탄성력 조절이 쉽지 않은 문제가 있고, 블래더형 어큐뮬레이터는 유체 유출입구가 좁아 용기 외부로 유체가 배출되는 속도가 느려, 반응이 신속하지 못하다는 문제가 있다. 따라서, 종래의 어큐뮬레이터는 압축이 이루어지는 압축 용적을 확보하기 위한 기체 챔버(Gas bottle)를 보조로 더 추가하거나 더 큰 용량의 어큐뮬레이터를 사용하여야 하는 불편함이 있었다.
대한민국 등록실용신안 제20-0246144호, (2001.10.19) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0122942호, (2015.11.03)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반응이 신속하고 취급이 간편한 구조의 어큐뮬레이터를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 어큐뮬레이터는, 내부에 수용공간이 형성되어 압축성 유체를 수용하는 압력용기와, 상기 압력용기 내측에 삽입되며, 양단이 개구되어 일단부는 상기 수용공간과 연통되고 타단부는 상기 압력용기의 외부와 연통되는 실린더와, 상기 수용공간과 상기 압력용기의 외부 사이의 압력차에 따라 상기 실린더 내부를 이동하는 피스톤을 포함한다.
상기 압력용기는 일 측이 개구되어 제1 개구부를 형성하고, 상기 실린더는 상기 제1 개구부를 통하여 삽입되어 상기 압력용기와 나사결합되어 상기 압력용기를 밀폐할 수 있다.
상기 실린더는 상기 실린더의 일단부에 결합되어 상기 피스톤의 움직임을 제한하는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 압력용기는 양단부가 개구되어 각각 제1 개구부와 제2 개구부를 형성하고, 상기 실린더는 일단부가 상기 제1 개구부를 통하여 삽입되고, 상기 제2 개구부를 통하여 삽입된 플러그가 상기 실린더와 나사결합되어, 상기 실린더와 상기 플러그가 상기 압력용기를 압착하여, 상기 압력용기를 밀폐시킬 수 있다.
상기 플러그는 상기 실린더 내부와 상기 수용공간을 연통시키는 적어도 하나의 제2 유동홀이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 어큐뮬레이터는 피스톤이 이동하는 실린더가 압축용기 내측에 삽입되어 필요로 하는 탄성계수를 충분히 유지하면서도 공간활용도가 높은 장점이 있다. 즉, 압축성 기체의 양을 확보하기 위해 별도의 압력용기를 연결할 필요가 없으며, 피스톤이 작동하는 실린더와 압력용기가 일체로 형성되어 취급이 간편하고 공간활용에 용이하다.
특히, 실린더와 압력용기의 결합구조가 간편하여 분해와 조립이 용이하여 유지보수가 매우 간편하고, 구조적으로 파손 또는 고장 가능성이 매우 낮은 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 어큐뮬레이터의 정면도이다.
도 2는 도 1의 어큐뮬레이터의 분해단면도이다.
도 3은 도 1의 어큐뮬레이터를 A-A'선으로 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 어큐뮬레이터의 작동 과정을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 어큐뮬레이터의 정면도이다.
도 6은 도 5의 어큐뮬레이터의 분해단면도이다.
도 7은 도 5의 어큐뮬레이터를 B-B'선으로 절단한 단면도이다.
도 8은 도 5의 어큐뮬레이터의 작동 과정을 도시한 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 어큐뮬레이터에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 어큐뮬레이터의 정면도이고, 도 2는 도 1의 어큐뮬레이터의 분해단면도이며, 도 3은 도 1의 어큐뮬레이터를 A-A'선으로 절단한 단면도이다.
먼저 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 어큐뮬레이터(1)는 내부에 밀폐공간이 형성되어 압축성 유체를 수용하는 압력용기(10)와, 압력용기(10)의 내부로 삽입되어 어큐뮬레이터(1) 내/외부의 압력의 변화에 따라 이동하는 피스톤(30)이 개재된 실린더(20)를 포함한다.
압력용기(10)는 내부에 압축성 유체가 수용되는 수용공간(12)이 형성되어 있다. 압력용기(10)는 수용공간(12) 내부에 실린더(20)를 수용할 수 있도록 양단이 밀폐된 중공형 관형태로 형성될 수 있으며, 수용공간(12) 내부의 압력을 견딜 수 있도록 강성을 갖는 소재로 제작된다. 압력용기(10)는 일단부가 개구되어 수용공간(12)과 외부를 연통하는 제1 개구부(11a)가 형성되어 있고, 타측 단부에는 수용공간(12) 내부의 압력을 조절하는 플러그(24)가 설치될 수 있다. 플러그(24)는 압력용기(10)에 결합된 일종의 밸브로 수용공간(12) 내부에 수용된 압축성 유체의 유출입 통로가 되어 압력용기(10)의 내부 압력을 조절하게 된다.
압력용기(10)의 내측에는 실린더(20)가 삽입된다. 실린더(20)는 제1 개구부(11a)를 통하여 압력용기(10) 내측에 삽입되며, 제1 연결구(21a)를 통하여 압력용기(10)에 결합된다. 실린더(20)는 피스톤(30)의 움직임을 가이드하며, 양 단부가 개구되어, 일측은 압력용기(10)의 외부와 연통되고, 타측은 압력용기(10)의 수용공간(12)에 연통된 구조를 갖는다.
제1 연결구(21a)는 중앙에 제1 유동홀(26a)이 형성된 원통형상으로 형성되며, 외주부에 나사산(25a)이 형성되어 있다. 제1 연결구(21a)는 실린더(20)의 일단부에 연결되어 제1 유동홀(26a)을 통하여 실린더(20)와 연통되는 구조를 갖는다. 제1 연결구(21a)는 실린더(20)에 용접 등의 방식으로 결합되어 압력용기(10) 내측에 발생하는 고압상황에서 파손을 방지할 수 있다. 제1 유동홀(26a)은 직경에 따라 작동유체의 유출입량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 유동홀(26a)이 크게 형성되면 작동유체의 순간 유출입량이 많아져 어큐뮬레이터(1)가 큰 구동력을 낼 수 있으며, 제1 유동홀(26a)이 작으면 상대적으로 작은 구동력을 내면서 작동시간을 더 늘릴 수 있다.
한편, 실린더(20)는 제1 연결구(21a)가 결합되지 않은 타측 단부에 스토퍼(23)가 결합되어 있다. 스토퍼(23)는 피스톤(30)이 실린더(20) 외측으로 이탈하는 것을 방지하는 것으로, 실린더(20) 내주면에 나사결합될 수 있다. 이러한 스토퍼(23)는 중앙이 관통된 링 형상일 수 있으며, 실린더(20) 내측으로 돌출된 돌기 형상일 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 압력용기(10)는 실린더(20)가 나사결합에 의해 결합되어, 수용공간(12)은 완전히 밀폐된 상태가 된다. 특히, 압력용기(10)와 제1 연결구(21a) 사이에는 오링(O-ring) 형태의 실링부재(40a)가 삽입되어 있어, 압력용기(10)가 완전히 밀봉될 수 있다. 압력용기(10)가 밀봉되면 압력용기(10)의 수용공간(12)은 완전히 밀폐된 상태가 되고, 제1 연결구(21a)의 중앙에 형성된 제1 유동홀(26a)을 통해 유입되는 작동유체는 피스톤(30)을 밀어올려 압력용기(10) 내부에 충전된 압축성 유체가 압축하여 에너지를 저장할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이 형성된 밀폐상태의 수용공간(12)은 압축성 유체로 충전되어 있다. 수용공간(12)에 충전된 압축성 유체는 예를 들어 질소 가스(N2)와 같은 불활성 가스이거나 공기(air)일 수 있다. 밀폐된 압력용기(10) 내부로 유체가 유입되면 수용공간(12)의 압축성 유체는 압축하게 된다. 즉, 압력용기(10)의 외부와 연통되는 제1 연결구(21a)의 중앙에 형성된 제1 유동홀(26a)을 통해 유체가 유입되면 압력이 변화하여 압력 차가 생기게 되고, 이러한 압력 차에 의해 피스톤(30)이 이동하게 되는 것이다. 피스톤(30)이 이동하면, 수용공간(12) 내부에 충전된 압축성 유체가 압축된다. 유체의 압축으로 저장된 압축에너지는 운동에너지로 전환되어 동력원으로 사용되거나, 일종의 에어 스프링과 같이 완충 역할을 할 수 있다. 다시 말하면, 어큐뮬레이터(1)가 설치되는 유압 또는 공압 기기의 특성상 압력의 급변에 따른 압력맥동(壓力脈動, pressure pulsation)이 발생할 수 있는데, 이를 완충하고 저감시켜 맥동에 의한 진동 또는 소음을 감소시킬 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 어큐뮬레이터(1)는 수용공간(12) 내부에 최대 에너지를 저장할 수 있어, 컴팩트한 구조만으로 에너지의 전환과 완충이 매우 효율적으로 이루어질 수 있다.
한편, 피스톤(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, 외주부에 하나 이상의 오링 형상의 실링부재(40c)를 포함한다. 실링부재(40c)는 피스톤(30)과 실린더(20) 사이를 밀폐하여 작동유체 또는 압축성 유체가 피스톤(30)과 실린더(20) 사이로 새는 것을 방지한다. 피스톤(30)은 내부로 만입홈이 형성된 원기둥 형상으로 형성될 수 있다. 피스톤(30)은 원기둥 형태로 형성되어 제1 연결구(21a)를 통해 작동유체가 유입되어 실린더(20) 내부에 압력이 가해지더라도 뒤집어지지 않고 실린더(20)를 따라 원활하게 이동할 수 있다. 또한, 실린더(20)는 중앙에 만입홈이 형성되어 전체적인 질량을 줄일 수 있어, 피스톤(30) 관성을 줄여 상대적으로 신속하게 동작할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 어큐뮬레이터의 작동 과정에 대하여 상세하게 설명한다. 도 4는 도 1의 어큐뮬레이터의 작동과정을 도시한 단면도이다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 작동유체가 제1 유동홀(26a)을 통하여 실린더(20) 내부로 유입되기 시작하면, 피스톤(30)의 양단에 압력 차이가 생기게 된다. 이어 도 4의 (b)를 참조하면, 피스톤(30) 사이의 압력차이가 발생하면, 피스톤(30)은 작동유체와 압축성 유체의 압력이 평형을 이루는 방향으로 상승하게 된다. 따라서, 압력용기(10) 내부에 충전된 압축성 유체는 압축되기 시작한다.
이어 도 4의 (c)를 참조하면, 피스톤(30)은 스토퍼(23)에 의해 상승이 저지될 때까지 실린더(20) 상부로 이동하게 된다. 이 때, 압축성 유체는 수용공간(12)에서 최대의 압축력을 가지게 된다. 이와 같은 방식으로 유공압기기에 발생되는 유압 또는 공압 충격을 흡수할 수 있다.
또한, 어큐뮬레이터(1)는 상기와 같은 방식으로 압축된 압축성 유체의 복원력을 이용하여 공압 기구를 작동시킬 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 어큐뮬레이터(1)에 관하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 어큐뮬레이터의 전면 모습을 도시한 정면도이고, 도 6은 도 5의 어큐뮬레이터의 분해단면도이며, 도 7은 도 5의 어큐뮬레이터를 B-B'선으로 절단한 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 어큐뮬레이터는 조립과정을 제외하면 전술한 일 실시예와 동일하다. 따라서, 이러한 조립과정의 차이를 가져오는 형태적 차이를 중점적으로 설명하되, 이미 설명한 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이고 전술한 사항으로 대신한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 어큐뮬레이터(1)는 내부에 밀폐공간이 형성되어 압축성 유체를 수용하는 압력용기(10)가 본체로서 형성된다. 어큐뮬레이터(1)는, 압력용기(10)의 내부로 삽입 형성되어 어큐뮬레이터 내/외부의 압력의 변화에 따라 이동하는 피스톤(30)이 개재된 실린더(20)를 포함한다. 이 때, 압력용기(10)는 양단부가 개구되어 수용공간(12)과 외부를 연통하는 제1 개구부(11a)와 제2 개구부(11b)가 각각 형성되어 있다.
압력용기(10)의 내측에는 실린더(20)가 삽입된다. 실린더(20)는 제1 개구부(11a)를 통하여 압력용기(10) 내측에 삽입되며, 제2 개구부(11b)를 통하여 플러그(24)가 삽입 형성된다. 플러그(24)가 제2 개구부(11b)를 통하여 삽입되면, 실린더(20)의 제1 연결구가 결합되지 않은 타측 단부와 플러그(24)가 나사결합 하여 압력용기(10)가 밀봉되는 구조를 갖는다.
제1 연결구(21b)는 중앙에 제1 유동홀(26a)이 형성된 원통형상으로 형성되어 있다. 제1 연결구는 실린더(20)의 일단부에 연결되어 제1 유동홀(26a)을 통하여 실린더(20)와 연통되는 구조를 갖는다. 제1 연결구(21b)는 실린더(20)에 용접 등의 방식으로 결합되어 압력용기(10) 내측에 발생하는 고압 상황에서 파손을 방지할 수 있다. 제1 유동홀(26a)은 직경에 따라 작동유체의 유출입량을 조절할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 실린더(20)는 제1 연결구(21b)가 결합되지 않은 타측 단부에는 나사산(25b)이 형성되어 있어, 플러그(24)의 나사산(25b)과 서로 나사결합될 수 있다. 플러그(24)와 실린더(20)가 나사결합으로 결합하게 되면, 압력용기(10)는 압착되어, 수용공간(12)은 완전히 밀폐된 상태가 된다. 특히, 압력용기(10)와 제1 연결구(21b) 사이의 오링 형태의 실링부재(40a), 압력용기(10)와 플러그(24) 사이의 오링 형태의 실링부재(40b) 각각에 의해 압력용기(10)는 완전히 밀봉될 수 있다. 압력용기(10)가 밀봉되면 압력용기(10)의 수용공간(12)은 완전히 밀폐된 상태가 되고, 제1 연결구(21b)를 통해 유입되는 작동유체는 피스톤(30)을 밀어올려 압력용기(10) 내부에 충전된 압축성 유체가 압축하여 에너지를 저장할 수 있게 된다.
한편, 플러그(24)는 중앙에 제2 유동홀(26b)이 형성되어 실린더(20) 내부와 밀폐공간(12)을 연통시킬 수 있다. 제2 유동홀(26b)은 실린더(20) 내부와 밀폐공간(12)을 연통시켜 압축성 유체의 유로로 이용될 수 있다. 또한, 플러그(24)에 형성된 제2 유동홀(26b)의 개수와 홀의 크기에 따라 압축성 유체의 유출입량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제2 유동홀(26b)이 크거나 홀의 갯수가 많이 형성되면 압축성 유체의 순간 유출입량이 많아져 어큐뮬레이터(1)가 큰 구동력을 낼 수 있으며, 제2 유동홀(26b)이 작거나 홀의 갯수가 적게 형성되면 상대적으로 작은 구동력을 내면서 작동시간을 더 늘릴 수 있다. 즉, 피스톤(30)에 의해 수용공간(12)으로 밀려나가는 압축성 유체의 유출입 양과 속도를 조절할 수 있는 것이다. 다시 말하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 어큐뮬레이터는 제1 연결구(21b)의 제1 유동홀(26a)과 플러그의 제2 유동홀(26b)을 모두 가져, 보다 효율적으로 작동유체와 압축성 유체의 유출입량의 조절이 가능한 것이다. 또한, 플러그(24)는 상승운동하는 피스톤(30)의 이탈을 방지하는 역할도 한다.
도 8은 도 5의 어큐뮬레이터의 작동 과정을 도시한 단면도이다.
피스톤(30)이 이동하게 되는 원리와 방식은 도 4에서 기술한 바와 같다.
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 작동유체가 제1 유동홀(26a)을 통하여 실린더(20) 내부로 유입되기 시작하면, 피스톤(30)의 양단에 압력 차이가 생기게 된다. 이어 도 8의 (b)를 참조하면, 피스톤(30) 사이의 압력차이가 발생하면, 피스톤(30)은 작동유체와 압축성 유체의 압력이 평형을 이루는 방향으로 상승하게 된다. 따라서, 압력용기(10) 내부에 충전된 압축성 유체는 압축되기 시작한다.
이어 도 8의 (c)를 참조하면, 피스톤(30)은 플러그(24) 하단에 닿아 상승이 저지될 때까지 실린더(20) 상부로 이동하게 된다. 이 때, 압축성 유체는 수용공간(12)에서 최대의 압축력을 가지게 된다. 이와 같은 방식으로 유공압기기에 발생되는 유압 또는 공압 충격을 흡수할 수 있다.
또한, 어큐뮬레이터(1)는 상기와 같은 방식으로 압축된 압축성 유체의 복원력을 이용하여 공압 기구를 작동시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야만 한다.
1: 어큐뮬레이터
10: 압력용기 11a: 제1 개구부
11b: 제2 개구부 12: 수용공간
20: 실린더 21a, 21b: 제1 연결구
23: 스토퍼 24: 플러그
25a, 25b: 나사산 26a: 제1 유동홀
26b: 제2 유동홀 30: 피스톤
40a, 40b, 40c: 실링부재

Claims (6)

  1. 내부가 완전히 밀폐되어 수용공간이 형성되고, 상기 수용공간 내부에 압축성 유체가 충전된 압력용기;
    상기 압력용기 내측에 삽입되며, 양단이 개구되어 일단부는 상기 수용공간과 연통되고 타단부는 상기 압력용기의 외부와 연통되어 작동유체가 유입되는 실린더; 및
    상기 실린더 내부에 삽입되어, 상기 수용공간과 상기 압력용기의 외부 사이의 압력차에 따라 상기 실린더 내부를 이동하는 피스톤을 포함하되,
    상기 피스톤은 상기 수용공간을 밀폐하며, 상기 작동유체와 상기 압축성유체의 압력이 평형을 이루는 방향으로 상기 피스톤을 이동시키는 어큐뮬레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력용기는 일측이 개구되어 제1 개구부를 형성하고,
    상기 실린더는 상기 제1 개구부를 통하여 삽입되어 상기 압력용기와 나사결합되어 상기 압력용기를 밀폐하는 어큐뮬레이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실린더는 상기 실린더의 일단부에 결합되어 상기 피스톤의 움직임을 제한하는 스토퍼를 더 포함하는 어큐뮬레이터.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스토퍼는 링 형상 또는 돌기 형상인 어큐뮬레이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압력용기는 양단부가 개구되어 각각 제1 개구부와 제2 개구부를 형성하고, 상기 실린더는 일단부가 상기 제1 개구부를 통하여 삽입되고, 상기 제2 개구부를 통하여 삽입된 플러그가 상기 실린더와 나사결합되어, 상기 실린더와 상기 플러그가 상기 압력용기를 압착하여, 상기 압력용기를 밀폐시키는 어큐뮬레이터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 플러그는 상기 실린더 내부와 상기 수용공간을 연통시키는 적어도 하나의 제2 유동홀이 형성된 어큐뮬레이터.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003278702A (ja) 2002-03-25 2003-10-02 Advics:Kk ベローズ式液圧アキュムレータ
WO2010075335A2 (en) 2008-12-23 2010-07-01 Caterpillar Inc. Method and apparatus for calculating payload weight

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