KR102396285B1 - 유동 경로 전환 밸브 - Google Patents

Abstract

본원에서 설명된 유동 경로 전환 밸브는 3개의 개구부(21, 22, 23)를 갖는 밸브 챔버(13), 및 밸브 챔버 내에 배치된 밸브 피스톤(14)을 갖는다. 밸브 피스톤(14)은 탄성 격막(15)을 가지며, 그러한 격막은 그 원주에서 밸브 챔버(13)의 내부 원주방향 벽(16)과 밀봉 가능하게 협력한다. 밸브 피스톤(14)은 2개의 단부 위치들 사이에서 이동될 수 있고: 제1 단부 위치에서, 밸브 피스톤은 제1 개구부(21)와 제2 개구부(22) 사이의 유동 경로를 개방하고 제3 개구부(23)를 폐쇄하며, 제2 단부 위치에서, 밸브 피스톤은 제1 개구부(21)를 차단하고 제2 개구부(22)와 제3 개구부(23) 사이의 유동 경로를 개방한다. 제1 단부 위치로의 격막 이동의 마지막 위상에서, 적어도 원주의 일부의 주위에서, 격막(15)과 내부 벽 사이의 밀봉 접촉이 해제되도록, 밸브 챔버 벽(16)이 성형된다.

Description

유동 경로 전환 밸브

3개의 개구부를 갖는 밸브 챔버, 및 밸브 챔버 내에 배치되고 가요성 격막을 갖는 밸브 피스톤을 가지는 유동 경로 전환 밸브가 DE 10 2012 108 199 A1로부터 알려져 있다. 격막의 둘레가 밸브 챔버의 내부 원주방향 벽과 협력한다. 밸브 피스톤은 2개의 단부 위치들 사이에서 이동될 수 있고, 제1 단부 위치에서 제1 개구부와 제2 개구부 사이의 유동 경로를 개방하고 제3 개구부를 차단하며, 제2 단부 위치에서 제1 개구부를 차단하고 제2 개구부와 제3 개구부 사이의 유동 경로를 개방한다.

이러한 유형의 전환 밸브는, 예를 들어, 공기가 제1 개구부를 통해서 진입할 때, 유체가 제1 개구부로부터 가요성 격막을 지나서 제2 개구부로 유동할 수 있게 하면서, 밸브 피스톤이 과다 압력에 의해서 제1 단부 위치로 이동되어 제3 개구부를 차단하는 방식으로, 사용된다. 유체가 중단될 때(turned off) 또는 그 압력이 감소될 때, 이제 제2 개구부에 존재하는 더 높은 압력이 밸브 피스톤을 그 제2 단부 위치로 이동시킬 것인데, 이는 격막이 이제 밀봉부로서 작용하기 때문이다. 제2 단부 위치에서, 제1 개구부가 차단되고, 공기는 이제 개방된 제3 개구부를 통해서 빠져 나갈 수 있다. 그에 따른 제3 개구부의 큰 횡단면에서, 이러한 위치의 밸브는 신속 통기를 유발한다.

밸브 피스톤이 제1 단부 위치에 있을 때, 공기는 격막을 지나서 유동하여야 한다. 이는, 격막을 탄성적으로 변형시키기 위한 특정의 일정한 압력을 필요로 한다. 이러한 압력 손실은 밸브 챔버의 제1 개구부와 제2 개구부 사이에서 측정 가능한 이력 현상(hysteresis)을 초래한다. 압력 손실이 치수 공차 및 재료 경도에 따라 달라지기 때문에, 그러한 압력 손실은 각각의 구성요소에서 다르다. 또한, 압력 손실은 재료의 피로 및 마모로 인해서 시간 경과에 따라 변화된다. 그러나, 격막의 탄성도는 밸브의 기능에 있어서 필수적이다.

이러한 영향의 결과로서, 압력 제어 루프 내에서 희망 압력에 결코 정확하게 도달하지 못한다. 압력이 전환 밸브의 하류에서 검출되는 경우에, 이력 현상으로 인해서 제어 루프가 더 느려지고 응답 시간이 더 길어지며, 이는 부가적으로 방해가 되는 것이다.

본 발명은, 전술한 이력 현상이 제거된 유동 경로 전환 밸브를 제공하기 위한 목적을 기초로 한다.

본 발명에 따라, 제1 단부 위치로의 격막 이동의 마지막 위상에서, 격막과 원주방향 벽 사이의 밀봉 접촉이 둘레의 적어도 일부에서 해제되는 방식으로, 밸브 챔버의 내부 원주방향 벽이 성형된다. 다시 말해서, 본 발명은, 밸브 피스톤이 제1 단부 위치에 도달하는 때 발생되는 밸브 피스톤에서의 우회를 제공한다. 이러한 단부 위치에서, 탄성 격막의 영향이 제거되고, 그에 따라, 전환 밸브의 기본적인 기능의 변화가 없이, 전술한 이력 현상이 억제된다. 격막에서의 어떠한 마모 및 공차도 밸브 기능에 영향을 미치지 않는다. 동시에, 유동 횡단면이 증가된다. 이력 현상이 억제됨으로 인해서, 본 발명의 전환 밸브는 더 신속하고 더 용이하게 제어된다.

도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명을 이하에서 더 구체적으로 설명한다.
도 1은 신속 통기 밸브를 통한 횡단면이다.
도 2는 밸브 챔버 및 밸브 챔버 내에 배치된 밸브 피스톤을 통한 확대 횡단면이다.
도 3 내지 도 8은 대안적인 구성의, 밸브 챔버의 하나의 절반체 및 밸브 피스톤을 통한 횡단면이다.
도 9(a) 내지 도 9(d)는 다양한 횡단면 형상으로 밸브 챔버의 원주방향 벽 내에 제공된 홈의 개략적인 횡단면도이다.

도 1에 도시된 신속 통기 밸브는 본체(10)를 가지며, 그러한 본체는 도시된 예에서 O-링을 통해서 서로 단단히 연결된 2개의 본체 부분(11 및 12)으로 제조된다. 밸브 챔버(13)가 본체 부분(11) 내에 형성된다. 합성 재료로 제조되고 가요성 격막(15)을 갖는 피스톤(14)이 도 1에 따른 수직 방향으로 밸브 챔버(13) 내에서 이동될 수 있다.

밸브 챔버(13)는, 그 상부 본체 부분(11) 내에서, 가압 공기 공급원(미도시)에 대한 연결을 위한 제1 개구부(21)를 그리고, 하부 본체 부분(12) 내에서, 가압 공기 실린더 또는 기타(미도시)에 대한 연결을 위한 제2의 측방향으로 배치된 개구부(22) 및 대기로의 신속 통기를 위한 하부 제3 개구부(23)를 갖는다.

밸브 피스톤(14)은 도시된 제1 단부 위치와 (도 1에 도시되지 않은) 제2 단부 위치 사이에서 이동될 수 있고, 제1 단부 위치에서 밸브 피스톤은 제3 개구부(2)를 차단하고, 제2 단부 위치에서 밸브 피스톤은 밸브 챔버(13)의 상부 벽에 접경되고 제1 개구부(21)를 차단한다. 제1 단부 위치에서, 밸브 피스톤(14)은 제1 개구부(21)에 존재하는 과다 압력에 의해서 유지된다.

이러한 위치에서, 종래 기술의 밸브는 공기가 가요성 격막(15) 주위에서 유동할 수 있게 하고 개구부(22)에 연결된 실린더에 도달할 수 있게 한다.

개구부(21)에서의 압력이 개구부(22)에 존재하는 압력 미만으로 감소될 때, 밸브 피스톤(14)은 제2 단부 위치(미도시) 내로 밀리고, 제2 단부 위치에서 밸브 피스톤은 공기가 개구부(21)를 통해서 외부로 유동하는 것을 방지하는 반면, 실린더에 연결된 개구부(22)로부터의 공기는 더 큰 개구부(23)를 통해서 대기로 더 신속하게 빠져 나갈 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 본 발명의 실시예에서, 밸브 챔버의 원주방향 벽(16)의 하부 연부에 모따기부(30)가 형성되고, 그러한 모따기부는, 밸브 피스톤(14)의 격막(15)이, 제1 단부 위치에 도달할 때, 원주방향 벽(16)으로부터 이격되도록, 그에 따라 제1 개구부(21)와 제2 개구부(22) 사이에 우회 연결부를 개방하도록, 그에 의해서 종래 기술에서 존재하는 이력 현상을 억제하도록 배치된다.

격막(15)은 비교적 강성적이다. 밸브 피스톤(14)이 내부 마찰을 거의 가지지 않고 매우 작은 압력에 의해서 이동된다. 밸브 피스톤이 우회로에 도달할 때, 공기는 어떠한 압력 손실도 없이 격막(15)을 지나 유동할 수 있고 그에 따라 이력 현상을 가지지 않는다. 대조적으로, 종래 기술에서, 격막의 저항은 항상 극복되어야 한다.

도 4의 실시예에서, 우회로는, 격막(15)이 제1 단부 위치에 도달하기 직전의 위치에서 시작되는 반경(31)에 의해서 형성된다. 이러한 경우에 다시, 단부 위치에서 격막은 밸브 챔버(13)의 원주방향 벽(16)과 더 이상 밀봉 접촉되지 않는다. 이러한 실시예의 하나의 장점은 격막(15)의 균일한 압력 완화(relief) 그리고 또한 여기에서 달성되는 공기 유동을 위한 큰 횡단면적이다. 도 2 및 도 3의 모따기부(30)와 비교할 때, 반경(31)은 더 매끄러운 전이부를 형성하고, 그러한 전이부는 밸브의 서비스 수명에 기여한다.

도 5에서, 우회로는 밸브 챔버의 원주방향 벽(16) 내의 홈(32)으로서 성형된다. 또한, 제1 단부 위치에 도달하기 직전에서만 원주방향 벽(16)에 대한 격막(15)의 접촉이 중단되도록 배열된 복수의 평행한 홈 또는 평행한 환형 홈을 제공할 수 있다.

도 6 내지 도 8의 실시예에서, 복수의 원주방향으로 분포된 노치(33, 34, 또는 35)가 밸브 챔버의 원주방향 벽(16)의 하부 단부에 형성되고, 각각의 노치는 원주의 일부에만 걸쳐 연장되고, 노치는 다시, 격막(15)이 제1 단부 위치 직전에 도달하는 위치에만 배치된다. 대안적으로, 단일 노치(33, 34 또는 35)가 제공될 수 있다. 축방향 단면에서, 노치는 원의 일부(도 6의 33), 직사각형(도 7의 34), 사다리꼴(도 8의 35) 또는 기타의 형상일 수 있다.

도 9에 표시된 바와 같이, 노치(33 ... 35)의 횡단면은 홈통-형상(a), 쐐기-형상(b), 직사각형(c) 또는 반원형(d)일 수 있다.

10 본체
11,12 본체 부분
13 밸브 챔버
14 밸브 피스톤
15 격막
16 원주방향 벽
21 제1 개구부
22 제2 개구부
23 제3 개구부
30 모따기부
31 반경
32 홈
33 ... 35 노치

Claims (6)

1. 3개의 개구부(21, 22, 23)를 갖는 밸브 챔버(13) 및 상기 밸브 챔버 내에 배치된 밸브 피스톤(14)을 갖는 유동 경로 전환 밸브이며, 상기 밸브 피스톤은 2개의 단부 위치들 사이에서 이동 가능하고 그 원주에서 상기 밸브 챔버(13)의 내부 원주방향 벽(16)과 밀봉 가능하게 협력하는 가요성 격막(15)을 가지며, 상기 밸브 피스톤(14)은, 제1 단부 위치에서, 제1 개구부(21)와 제2 개구부(22) 사이의 유동 경로를 개방하고 제3 개구부(23)를 차단하며, 제2 단부 위치에서, 상기 제1 개구부(21)를 차단하고 상기 제2 개구부(22)와 상기 제3 개구부(23) 사이의 유동 경로를 개방하는, 유동 경로 전환 밸브에 있어서:
   상기 제1 단부 위치로의 격막 이동의 마지막 위상에서만, 상기 격막(15)과 상기 원주방향 벽(16) 사이의 밀봉 접촉이 원주의 적어도 일부에서 해제되는 방식으로, 상기 밸브 챔버(13)의 원주방향 벽(16)이 성형되고, 상기 밸브 챔버(13)의 내부 원주방향 벽(16)이 상기 격막 이동의 마지막 위상에서 확대되는 것을 특징으로 하는, 유동 경로 전환 밸브.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   확대부가 원뿔형인, 유동 경로 전환 밸브.
4. 제1항에 있어서,
   확대부가 둥근형인, 유동 경로 전환 밸브.
5. 제1항에 있어서,
   확대부가 단차부에 의해서 형성되는, 유동 경로 전환 밸브.
6. 제1항에 있어서,
   확대부가 노치에 의해서 형성되는, 유동 경로 전환 밸브.

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