KR101894629B1 - 회전식 유체 조절기 - Google Patents

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토마스 게페어트
프랑크 블룸
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독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은, 하나의 흡입구(3) 및 하나 이상의 배출구(4)를 갖는 하우징(2)과, 상기 하우징(2) 내에 회전 가능하게 수용되며 유체 덕트(6)를 형성하기 위해 중공 형태로 형성된 밸브 요소(5)를 구비한 회전식 유체 조절기(1)에 관한 것으로, 상기 밸브 요소(5)가 회전될 수 있게 하는 전동 구동 요소(13)가 제공되며, 상기 중공 형태의 밸브 요소(5)의 회전으로 인해 상기 흡입구(3)와 하나 이상의 배출구(4) 사이의 유체 연결이 조정되거나 차단될 수 있다.

Description

회전식 유체 조절기{ROTARY FLUID REGULATOR}
본 발명은 회전식 유체 조절기, 특히 자동차의 유체 흐름을 제어하기 위한 회전식 유체 조절기에 관한 것이다.
회전식 유체 조절기는 종래 기술에 공지되어 있다. 즉, DE 10 2011 120 798 A1호에는, 개구들을 갖는 회전 디스크가 하우징 내에 회전 가능하게 수용되는 회전식 유체 조절기가 개시되어 있다. 유체 흐름이 회전 디스크의 평면에 대해 수직으로 개구들을 통해 안내됨에 따라 하우징 내에서 유체가 180°만큼 편향되고, 이는 압력 강하에 악영향을 준다.
DE 100 53 850 A1호에는, 밸브 시트에 접하여 배치될 수 있는 적어도 하나의 피벗 가능한 디스크를 가진, 편심 밸브 형태의 회전식 유체 조절기가 개시되어 있다. 여기서는, 배출구를 통과하는 유체 흐름을 제어하기 위해 디스크가 밸브 시트로부터 피벗한다. 밸브의 개방 시 디스크의 위치로 인해 압력 강하는 여전히 매우 상당하다.
본 발명의 과제는, 간단하게 구성되면서도 작은 압력 강하로 유체 흐름의 양호한 조정 능력 또는 조절 능력을 허용하는 회전식 유체 조절기를 제공하는 것이다. 이때, 중간 위치의 신뢰할 수 있으면서도 에너지 절약적인 조정 또한 가능해야 한다.
상기 과제는 청구항 제1항의 특징부에 의해 해결된다.
본 발명의 한 구현예는, 유입구 및 하나 이상의 배출구를 갖는 하우징과, 상기 하우징 내에 회전 가능하게 수용되며 유체 덕트를 형성하기 위해 중공 형태로 형성된 밸브 요소를 구비한 회전식 유체 조절기에 관한 것이며, 여기서는 밸브 요소가 회전될 수 있게 하는 전동 구동 요소가 제공되고, 중공 형태의 밸브 요소의 회전으로 인해, 유입구와 하나 이상의 배출구 사이의 유체 연결이 조정되거나 차단될 수 있다. 그럼으로써, 밸브 요소의 설계로 인해, 밸브 요소를 통한 관류량이 최대일 때 큰 압력 강하를 겪지 않는 유체 흐름을 제어하거나 조정하는 것이 가능하다. 또한, 관류량의 간단한 감소 및 경우에 따라서는 상이한 배출구들로의 분배도 달성될 수 있다.
이 경우, 유체 흐름이 일측 및/또는 타측 배출구로 분배될 수 있도록 2개 이상의 배출구가 제공되는 것이 특히 유리하다. 그럼으로써, 유체 흐름이 하나의 배출구 또는 다른 배출구에 분배될 수 있고, 심지어 경우에 따라서는 양 배출구 모두에 분배될 수도 있다.
이 경우, 전동 구동 요소가 특히 전동기로서 구성되고, 밸브 요소를 회전 구동하기 위해 기어 장치를 통해 밸브 요소에 연결되는 출력 요소를 구비하는 것도 바람직하다. 그로 인해, 매우 효율적인 구동 및 양호한 조정력이 달성된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 기어 장치는 래크(rack) 기구 또는 피니언인 것이 유리하다. 그럼으로써, 구동 요소의 출력 요소의 회전 운동이 밸브 요소의 회전 운동으로 변환될 수 있고, 이때 선택적으로 회전 속도의 조정도 수행된다.
또한, 하우징 내에서 밸브 요소의 위치가 구속될 수 있게 하는 제동 요소가 제공되는 것이 바람직하다. 상기 제동 요소로 인해 밸브 요소가 고정될 수 있으면서도, 많은 전류를 요구하는 구동 모터의 지속적인 통전을 수행할 필요가 없게 된다. 이러한 구속 작용에 의해, 제동 요소가 밸브 요소를 조정된 위치에 구속되게 하기 때문에, 이러한 동작 상황들에서 모터가 비활성화될 수 있다.
또한, 제동 요소는 자기유변 제동 요소(magnetorheological brake element)인 것이 유리하다. 상기 자기유변 제동 요소는 바람직하게는 자계의 활성화 또는 비활성화에 의해 제어될 수 있다. 자계가 인가되면, 자기유변 매체가 쇄교하여, 상기 매체 내에서의 운동이 더 어려워지거나 불가능해진다. 그럼으로써, 매체 내요소가 부동화(immobilized)될 수 있다. 자계가 다시 비활성화되면, 쇄교 작용이 중지되어 매체를 통한 운동이 다시 가능해지거나 더 용이해질 수 있다. 이때, 제동 요소는, 운동이 완전히 억제되도록, 또는 단지 속도만 감소하도록 상기 운동을 제동하는 방식으로 이용될 수 있다.
이 경우, 본 발명에 따르면, 자기유변 매체는 자기유변 유체이거나, 대안적으로 건조 자기유변 성분을 갖는 일종의 분말일 수도 있다.
또한, 자기유변 제동 요소가 챔버 내에 변위 가능하게 수용된 요소를 구비하되, 상기 챔버 내에는, 자화 상태에서 챔버 내에서의 변위 가능한 요소의 변위를 억제하고, 비자화 상태에서 변위 가능한 요소의 변위를 실질적으로 억제하지 않는 자기유변 재료가 수용되는 것이 유리하다. 이런 방식으로, 자계의 발생 또는 비활성화를 통해, 챔버 내 요소의 제동 및 그에 따른 부동화가 달성될 수 있고, 상기 요소는 예컨대 밸브 요소와 연결되어 있으므로, 밸브 요소 역시 각각의 위치에 세팅될 수 있다.
이 경우, 변위 가능한 요소는 챔버 내에 종방향으로 변위 가능하게 수용되는 일종의 피스톤 또는 슬라이드인 것이 특히 유리하다. 따라서, 종방향 운동 또는 축방향 운동을 통해 밸브 요소의 조정을 수행하는 것이 가능하다.
또한, 변위 가능한 요소는 챔버 내에서 종방향으로 변위 가능하게 수용되는 일종의 피스톤 또는 슬라이드인 것이 특히 바람직하다. 그럼으로써 회전 운동을 수행하는 요소가 조정 및 부동화될 수 있다. 그 결과, 밸브 요소의 회전 운동이 역시 회전 운동을 수행할 수 있는 요소를 이용하여 부동화될 수 있다.
이 경우, 비구동 상태에서, 밸브 요소의 일 단부 위치의 방향으로 힘이 작용하게 하여 밸브 요소를 상기 단부 위치로 이동시키기 위해, 기어 장치 또는 밸브 요소에 작용하는 스프링과 같은 힘 저장 요소가 제공되는 것이 특히 유리하다. 그럼으로써, 비통전 상태에서 또는 고장 발생 시 규정된 설정에 의해 유발되는 안전 기능이 달성될 수 있다. 이러한 경우, 힘 저장 요소는 예컨대 기어 장치 에 작용하여 밸브 요소를 소정의 위치로 변위시킨다.
이하에서는, 한 구현예에 따라 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한 다.
도 1은 회전식 유체 조절기의 분해도이다.
도 2는 회전식 유체 조절기의 제1 구현예의 개략도이다.
도 3은 도 2에 따른 회전식 유체 조절기의 또 다른 개략도이다.
도 4는 회전식 유체 조절기의 또 다른 구현예의 개략도이다.
도 5는 도 4에 따른 회전식 유체 조절기의 또 다른 개략도이다.
도 6은 도 4에 따른 회전식 유체 조절기의 또 다른 개략도이다.
도 1은 회전식 유체 조절기(1)의 구현예의 분해도이다. 여기서는, 회전식 유체 조절기의 개별 구성요소들을 보다 분명히 인지할 수 있도록 서로 별개로 도시하였다.
회전식 유체 조절기(1)는, 하나의 흡입구(3) 및 하나 이상의 배출구(4)를 구비한 하우징(2)을 갖는다. 본 구현예에서는 2개의 배출구(4)가 제공된다. 이 경우, 흡입구(3)는 하우징(2)의 일측 축방향 단부면에 배치되고, 2개의 배출구(4)는 반경방향 외측 벽부 상에 배치된다.
하우징(2) 내에는 회전 가능하게 배치된 밸브 요소(5)가 수용되고, 이 밸브 요소는 흡입구(3)를 하나 이상의 배출구(4) 또는 단 하나의 배출구(4)와 연결하거나 이들 배출구(4) 중 어느 쪽과도 연결하지 않는다. 하우징(2) 내의 밸브 요소(5)의 위치에 따라, 배출구들(4) 중 하나 또는 두 배출구(4) 모두가 흡입구(3)와 연결되거나, 배출구들(4) 중 어느 것도 흡입구(3)와 연결되지 않는다.
밸브 요소(5)는 중공 형태로 형성되며 하나의 유체 덕트(6)를 형성한다. 상기 유체 덕트(6)는 밸브 요소(5)에서 우측에서 시작되어 축방향으로 연장되다가 만곡되어, 반경 방향으로 밸브 요소(5)의 반경방향 원주벽(7)으로 연결된다. 밸브 요소(5)의 유입구(8)는 흡입구(3)와 유체 연통되는 반면, 밸브 요소(5)의 배출구(9)는 하우징(2) 내에서의 밸브 요소(5)의 회전에 의해 하우징(2)의 하나 이상의 배출구(4)와 유체 연결될 수 있다. 이로써, 흡입구(3)와 하나 이상의 배출구(4) 사이의 원하는 연결을 생성할 수 있다.
밸브 요소(5)는 흡입구와의 연결을 위해 상기 흡입구에 맞물리는 부재를 갖도록 설계된다. 상기 연결부는 반경방향 외측에, 하우징(2) 내에서 슬라이딩할 수 있는 원주벽을 가지며, 이때 밸브 요소(5)의 개구들이 상기 원주벽의 반경방향 외측에 제공되고, 거기서 밸브 요소의 위치에 따라 하나 이상의 배출구와 정렬될 수 있다.
밸브 요소(5)와 하우징(2)의 하우징 내벽 사이에 반경방향으로, 누출 유동에 대해 각각의 배출구를 밀봉하는 역할을 하는 밀봉 부재(10)가 배치된다. 밸브 요소(5)의 배출구(9)가 하우징(2)의 배출구(4)와 정렬되지 않은 경우, 유체의 방출이 저지된다.
외부로부터 배출구들(4) 내로는, 유체 연결을 달성하기 위해 밀봉 부재 또는 커넥터 부재(11)가 장착된다.
밸브 요소(5)는 오링과 같은 밀봉 링들(12)을 이용하여 흡입구(3)의 영역에서 하우징(2)에 대해 밀봉되어 배치된다. 하우징(2)에는 밸브 요소(5)가 회전 구동될 수 있게 하는 전동 구동 요소(13)가 제공된다.
중공 형태의 밸브 요소(5)의 회전으로 인해, 흡입구(3)와 하나 이상의 배출구(4) 사이의 유체 연결을 조정할 수 있거나, 선택적으로 차단할 수 있다.
전동기와 같은 전동 구동 요소(13)는 회전 상태로 전환될 수 있는 출력 샤프트와 같은 출력 요소(14)를 구비한다. 밸브 요소(5)도 샤프트를 구비하거나 샤프트에 연결될 수 있고, 그에 따라 전동 구동 요소(13)의 구동 회전 운동을 밸브 요소의 회전 운동으로 변환하기 위해, 밸브 요소(5)와 출력 요소(14) 사이에 기어 장치(15)가 제공될 수 있다.
도 2 및 도 3에 따라, 기어 장치(15)는 특히 2단 다운시프트 상태의 피니언이다. 또는, 상기 기어 장치가 다른 유형, 예컨대 웜 기어 장치로서, 또는 일단 기어장치나 다단 기어 장치로서의 구성될 수도 있다. 이 경우, 기어 장치(15)는 흡입구로부터 먼 쪽을 향하는 하우징(2) 측에 배치된다.
또한, 하우징(2) 내의 밸브 요소(5)의 위치를 검출하기 위해, 밸브 요소의 회전 위치를 검출하는 센서(16)가 제공된다. 상기 센서는 예컨대 홀 센서 또는 이와 유사한 것일 수 있다.
도 4 내지 도 6은 도 1 내지 도 3의 구현예의 변형으로 래크 기구(20)가 제공되는 다른 구현예의 모습을 도시한다. 이 경우, 전동 구동 요소(13)의 출력 요소(14)에는 래크(23)의 치형부(22)와 맞물리는 피니언(21)이 연결된다. 또한 밸브 요소(5)에는, 마찬가지로 래크(23)의 치형부(22)와 맞물리는 피니언(24)이 연결된다. 래크(23)의 변위에 의해, 구동 운동이 전동 구동 요소(13)로부터 밸브 요소(5)로 전달된다.
도 4 및 도 5에서는 그 밖에도 비구동 상태에서 밸브 요소(5)의 단부 위치의 방향으로 힘이 작용하게 하여, 밸브 요소(5)를 상기 단부 위치로 이동시키기 위해, 기어 장치에 작용하거나, 또는 대안적으로 및 선택적으로 밸브 요소에 작용하는 스프링과 같은 힘 저장 요소(25)가 제공된다. 이 경우, 힘 저장 요소(25)는 래크(23)를 화살표(26)의 방향으로 가압하기 위해 래크(23)에 종방향으로 작용하는 스프링이다. 이런 방식으로, 이른바 고장 안전 기능이 달성된다. 힘 저장 요소(25) 또는 스프링은 대안적으로 다른 유형으로도, 예컨대 기어 장치의 기어 요소에 작용하는 토션 스프링 또는 랩 스프링(wrap spring) 등으로도 구현될 수 있다. 따라서 상기 스프링은 도 1 내지 도 3의 구현예들에서도 예컨대 피니언에 작용하도록 제공될 수 있다. 그러나, 이는 도시되어 있지 않다.
도 6은, 하우징(2) 내의 밸브 요소(5)의 위치가 구속될 수 있게 하는 제동 요소(30)가 추가로 제공되는 또 다른 구현예를 도시한다. 이 경우, 제동 요소(30)는 챔버(31) 내에 변위 가능하게 수용된 요소(32)를 구비한 자기유변 제동 요소이며, 이 경우 챔버(31) 내에는, 자화 상태에서는 챔버(31) 내 변위 가능한 요소(32)의 변위를 억제하고 비자화 상태에서는 챔버(31) 내 변위 가능한 요소(32)의 변위를 실질적으로 억제하지 않는 자기유변 재료(33)가 수용된다.
변위 가능한 요소(32)는 로드(34) 상에 배치되는 피스톤 또는 슬라이드 타입으로 형성된다. 피스톤은 변위 가능한 요소로서 챔버(31) 내에서 종방향으로 변위될 수 있게 수용되고, 로드(34)는 챔버(31) 밖으로 돌출하며, 예컨대 래크(23)와 연결될 수 있다.
그 대안으로, 변위 가능한 요소를 챔버 내에 회전 변위 가능하게 수용되는 일종의 회전 피스톤 또는 회전 슬라이드 타입으로도 형성될 수 있다. 이러한 설계는 도 1 내지 도 3의 구현예에서 제공될 수 있을 것이다.
여기서, 자기유변 재료는 바람직하게, 자계의 인가에 의해 성분들의 쇄교가 이루어져 재료를 통과하는 슬라이딩이 억제되는 건조 자기유변 분말이거나 자성 재료를 함유한 유체이다. 자계가 제거되면, 변위 가능한 요소는 자기유변 재료를 통과하여 슬라이딩할 수 있다.
1 회전식 유체 조절기
2 하우징
3 흡입구
4 배출구
5 밸브 요소
6 유체 덕트
7 원주벽
8 유입구
9 배출구
10 밀봉 요소
11 커넥터 부재
12 밀봉 링
13 구동 요소
14 출력 요소
15 기어 장치
16 센서
20 래크 기구
21 피니언
22 치형부
23 래크
24 피니언
25 힘 저장 요소
26 화살표, 방향
30 제동 요소
31 챔버
32 요소
33 자기유변 재료
34 로드

Claims (10)

  1. 하나의 흡입구(3) 및 하나 이상의 배출구(4)를 갖는 하우징(2)과, 상기 하우징(2) 내에 회전 가능하게 수용되며 유체 덕트(6)를 형성하기 위해 중공 형태로 형성된 밸브 요소(5)를 구비한 회전식 유체 조절기(1)로서, 상기 밸브 요소(5)가 회전될 수 있게 하는 전동 구동 요소(13)가 제공되며, 상기 중공 형태의 밸브 요소(5)의 회전으로 인해 상기 흡입구(3)와 하나 이상의 배출구(4) 사이의 유체 연결이 조정되거나 차단될 수 있고,
    전동 구동 요소(13)는 밸브 요소(5)를 회전 구동하기 위해 기어 장치(15)를 통해 상기 밸브 요소(5)와 연결되는 출력 요소(14)를 구비하고,
    기어 장치(15)는 치가 형성된 래크 기구(20)이고,
    비구동 상태에서 밸브 요소(5)의 단부 위치의 방향으로 힘이 작용하게 하여 상기 밸브 요소를 상기 단부 위치로 이동시키기 위해, 기어 장치(15) 또는 밸브 요소(5)에 작용하는 힘 저장 요소(25)로서 수축 가능한 코일 스프링이 제공되고,
    하우징(2) 내 밸브 요소(5)의 위치를 구속할 수 있는 제동 요소(30)가 제공되고,
    제동 요소(30)는 자기유변 제동 요소이고,
    상기 자기유변 제동 요소는 챔버(31) 내에 변위 가능하게 수용된 요소(32)를 가지며, 상기 챔버(31) 내에는, 자화 상태에서 챔버(31) 내에서의 변위 가능한 요소(32)의 변위를 억제하고 비자화 상태에서 상기 변위 가능한 요소(32)의 변위를 억제하지 않는 자기유변 재료(33)가 수용되는 것을 특징으로 하는,
    회전식 유체 조절기(1).
  2. 제1항에 있어서, 2개 이상의 배출구(4)가 제공됨으로써, 유체 흐름이 일측, 또는 타측, 또는 일측 및 타측 배출구(4)에 분배될 수 있는 것을 특징으로 하는, 회전식 유체 조절기(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전동 구동 요소(13)는 전동기로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 회전식 유체 조절기(1).
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 변위 가능한 요소(32)는 챔버(31) 내에서 종방향으로 변위 가능하게 수용되는 일종의 피스톤 또는 슬라이드인 것을 특징으로 하는, 회전식 유체 조절기(1).
  9. 제1항에 있어서, 변위 가능한 요소(32)는 챔버(31) 내에서 회전 변위가 가능하게 수용되는 일종의 회전 피스톤 또는 회전 슬라이드인 것을 특징으로 하는, 회전식 유체 조절기(1).
  10. 삭제
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