KR102429645B1 - 스프링 게이트 밸브 - Google Patents

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Abstract

밸브를 위한 스프링 게이트는, 관통 제1 개구를를 한정하고 제1 개구가 스프링 게이트를 통한 유동 방향과 반대 방향에 평행하게 배향되고 상기 반대 방향으로 연장되는 플랜지를 포함하는 제1 게이트 부재와, 관통 제2 개구를 한정하고 제2 개구가 제2 개구로부터 제1 게이트 부재를 향해 연장되는 기다란 목부를 가지는 제2 게이트 부재 사이에 개재되는 무단 탄성 밴드를 가진다. 무단 탄성 밴드는 제1 게이트 부재를 제2 게이트 부재로부터 일정 거리 이격시키고, 기다란 목부의 말단은 스프링 게이트를 통과하는 연속 통로를 한정하도록 제1 게이트 부재의 플랜지 내에 안착된다.

Description

스프링 게이트 밸브
본 출원은 스프링 게이트 밸브(sprung gate valve)에 관한 것이며, 특히 감소된 솔레노이드 작동력으로 공기 또는 다른 유체의 유동을 선택적으로 제어하는데 적합하고, 이에 의해 솔레노이드 액튜에이터를 이전에 구상된 것보다 소형화하는 것을 가능하게 하는 솔레노이드 구동(solenoid-powered) 스프링 게이트 밸브에 관한 것이다.
자동차 엔진에서, 흡기 매니폴드 내에서 전개되거나 또는 진공 발생기(예를 들어, 진공 펌프, 흡인기, 이젝터 또는 배기기(evacuator))에 의해 생성된 진공은 파워 브레이크 부스터(power brake booster)와 같은 공압 액세서리에 동력을 공급하도록 통상적으로 사용된다. 발전기 및/또는 액세서리의 온/오프 작동은, 밸브를 통한 유체(본 출원에서 공기)의 유동을 정지시키도록 강성 게이트가 도관을 가로질러 전개되는 게이트 밸브에 의해 빈번하게 제어된다. 자동 또는 "명령" 밸브 내에서, 게이트는 전형적으로 솔레노이드에 의해 작동되고, 솔레노이드 코일에 인가되는 전류에 응답하여 개폐된다. 이러한 솔레노이드 구동 게이트 밸브는 또한 코일 스프링, 다이어프램, 또는 전원 미공급시(unpowered) '상시 개방('normally open)' 또는 '상시 폐쇄(normally closed)' 위치를 향해 게이트를 편향시키는 기타 편향 요소를 포함하는 경향이 있다. 편향력이 게이트를 그 정상 위치(normal position)로 복귀시키기 위하여 게이트의 이동에 저항하는 마찰력을 극복해야만 하고, 게이트를 능동적 구동 위치(actively-powered position)로 이동시키기 위하여 솔레노이드 메커니즘이 이러한 동일한 마찰력과 임의의 편향력을 모두 극복하여야만 하기 때문에, 마찰력은 필요한 솔레노이드 작동력에 크게 영향을 미치는 경향이 있으며, 즉, 마찰이 클수록, 더욱 크고 더욱 강력한 솔레노이드가 요구된다.
게이트 밸브들은, 유동 위치(flow position)에 있을 때 최소 유동 저항을 제공하고, 비유동 위치에 있을 때 게이트 주위에서 최소 누출을 제공하고, 밸브 내로 유동하는 가스에 동반된 부스러기를 임의의 가동 및 정지 표면들 사이에 잔류시키는 수단을 제공하지 않는 것을 포함하는 다수의 성능 요건을 충족시켜야 한다. 개선은 게이트의 유동 용량에 미치는 영향을 최소화하고 파편 침입을 감소시킨다. 이러한 바람직하지 않은 영향을 최소화할 수 있는 게이트 설계가 필요하다.
본 발명은 감소된 작동력 요건과 함께 신뢰 가능하고 고품질의 밀봉을 제공하는 솔레노이드 구동 게이트 밸브이다. 밸브는 밸브 메커니즘에 연결된 솔레노이드 코일 및 아마추어를 포함하며, 밸브 메커니즘은 연결 개구를 가지는 도관, 대향 배치된 포켓, 및 필요하면 포켓 내에서 연결 개구를 통해 선형으로 일정 이동 거리를 이동할 수 있는 스프링 게이트 조립체를 포함한다. 스프링 게이트 조립체는 제1 게이트 부재, 제1 게이트 부재에 대향하는 제2 게이트 부재, 및 제1 및 제2 게이트 부재들 사이에서 보유되는 무단 탄성 밴드(endless elastic band)를 포함하며, 제1 및 제2 게이트 부재들은 왕복 선형 움직임을 위해 아마추어에 기계적으로 결합된다. 한 실시예에서, 이러한 기계적 커플링은 제1 게이트 부재 및 제2 게이트 부재 모두의 후미 단부로부터 돌출하는 연결 부재를 포함하며, 이러한 것들은 스프링 게이트가 아마추어에 대해 그 중심 길이 방향 축을 중심으로 360°이상 회전하는 것을 가능하게 하는 다중-부분 소켓(multi-part socket)을 총체적으로 한정한다. 다중-부분 소켓은 일반적으로 후미 단부에서 가장 멀리 있는 대체로 환형인 개구와 대체로 환형인 개구에 대해 후미 단부에 더욱 근접한 대형 챔버(larger chamber)를 포함한다.
제1 및 제2 게이트 부재들은 도관에 있는 포켓 내로의 용이한 조립, 특히 삽입을 위해 서로 기계적으로 체결된다. 기계적 체결은 제1 게이트 부재의 체결구가 제2 게이트 부재의 체결구 수용 부재에 의해 수용되고, 이에 의해 제1 및 제2 게이트 부재들을 함께 고정하는 것에 의해 달성된다. 체결구는 래치(latch)일 수 있고 체결구 수용 부재는 멈춤쇠(detent)일 수 있다. 제1 무단 탄성 밴드는 제1 및 제2 게이트 부재들의 각각에 있는 트랙 내에 안착되는(seated) 대체로 8자 형상이며, 벨로우즈형 탄성 밴드(bellowed elastic band)일 수 있으며, 벨로우즈는 관통하는 유동 방향을 가로질러 배향된다. 제1 게이트 부재는 그 폐쇄 위치 부분에서 관통하는 제2 개구를 또한 한정할 수 있는 한편, 제2 게이트 부재는 그 폐쇄 위치 부분에서 제1 게이트 부재에 있는 제2 개구를 향해 내부면으로부터 돌출하는 마개를 포함한다.
제1 게이트 부재는 관통하는 제1 개구를 한정하며, 제1 개구는 스프링 게이트를 통한 유동 방향과 반대 방향으로 평행하게 배향되고 상기 반대 방향으로 연장되는 플랜지를 구비한다. 제2 게이트 부재는 관통하는 제2 개구를 한정하며, 제2 개구는 제2 개구로부터 제1 게이트 부재를 향해 연장되는 기다란 목부(elongate throat)를 가진다. 기다란 목부의 말단들(terminus)은 제1 게이트 부재의 플랜지 내에 안착되고, 이에 의해 스프링 게이트를 통과하는 연속 통로를 한정한다. 무단 탄성 밴드는 개방 공간이 기다란 목부 및 환형 플랜지에 의해 한정된 연속 통로를 수용하도록 제1 및 제2 게이트 부재 사이에 개재된다. 무단 탄성 밴드는 또한 제1 게이트 부재를 제2 게이트 부재로부터 일정 거리 이격시킨다.
기다란 목부는 점진적이고 연속적으로 테이퍼진(tapered) 내부 통로를 한정한다. 기다란 목부는 제1 게이트 부재의 외부면으로부터 제2 게이트 부재의 외부면까지의 거리보다 작은 길이를 가지며, 이에 의해 기다란 목부의 말단에서 여유 갭(clearance gap)을 한정한다. 여유 갭은 플랜지의 길이보다 적어도 0.5 ㎜ 작다. 제1 게이트 부재의 제1 개구는 유동 방향울 가로질러 배향된 환형 플랜지를 추가로 포함하고, 여유 갭은 약 0.6 ㎜ 내지 약 1.5 ㎜이다. 제1 게이트 부재는 그 폐쇄 위치 부분에서 관통하는 제3 개구를 한정하고, 제3 개구는 제1 개구보다 작다. 제2 개구에 대한 제3 개구의 면적의 비는 약 1:1 내지 약 1:10의 범위에 있다. 제1 개구 및 제2 개구는 그 길이 방향 축이 유동 방향에 대체로 직각으로 배향된 대체로 직사각형이다.
다른 양태에서, 밸브 디바이스의 조립을 위한 방법이 개시된다. 이러한 조립된 디바이스는 액튜에이터를 둘러싸는 하우징에 도관을 밀봉적으로 짝맞추도록 스핀 용접(spin welding)을 사용하여 제조될 수 있다. 상기 방법은 하우징으로부터 돌출되는 스템(stem)을 구비하는 하우징 내에서 봉입되는 액튜에이터, 미조립 스프링 게이트, 및 도관을 제공하는 단계를 포함한다. 하우징은 플랜지를 포함하고, 도관은 짝맞춤 플랜지(mating flange)를 포함한다. 상기 방법은, 그 사이에 무단 탄성 밴드가 개재되고 스프링 게이트의 각각의 게이트 부재의 연결 부재가 조립된 스프링 게이트를 한정하기 위해 스템 주위에 배치되도록, 제1 게이트 부재와 제2 게이트 부재를 서로 체결하는 단계를 포함한다. 그런 다음, 조립된 스프링 게이트는 하우징의 플랜지가 도관의 짝맞춤 플랜지에 안착될 때까지 또는 그 반대일 때까지 도관의 포켓과 짝맞춤된다. 상기 방법은 그런 다음 하우징의 플랜지와 도관의 짝맞춤 플랜지를 스핀 용접하는 단계를 포함한다.
무단 탄성 밴드는 단일의 더욱 단단한 재료로 구성된 일체형 게이트를 압축하는 것에 의해 발생되는 큰 마찰력없이 스프링 게이트 조립체가 포켓 내에서 간섭 끼워맞춤을 만드는 것을 허용하고, 좁은 구성 요소 허용 오차에 대한 필요성을 감소시킨다. 슬라이딩 가능한 기계적 커플링은 게이트 조립체와 정밀하게 정렬되지 않는 솔레노이드 메커니즘 및 기계적 커플링에 의해 연결 개구와 포켓 사이에서 스프링 게이트 조립체가 선형으로 이동하여, 게이트 조립체의 이동에 대한 마찰 저항을 더욱 감소시킨다.
도 1은 액튜에이터 하우징 및 밸브 메커니즘을 포함하는 밸브의 사시도.
도 2는 게이트가 능동적으로 구동된 개방 위치에 있는, 밸브 메커니즘의 도관의 길이 방향 축 및 유동 방향을 따라서 취한, 도 1의 밸브의 단면도.
도 3은 밸브가 미구동 폐쇄 위치에 있는, 밸브 메커니즘의 도관의 길이 방향 축을 따라서 취한 도 1 및 도 2의 밸브의 단면도.
도 4는 게이트가 능동적으로 구동된 폐쇄 위치에 있는, 밸브 메커니즘의 도관의 길이 방향 축 및 유동 방향에 직각인 평면을 따라서 취한 밸브의 유사한 실시예의 단면도.
도 5는 게이트가 비구동 개방 위치에 있는, 밸브 메커니즘의 도관의 길이 방향 축에 직각인 평면을 따라서 취한 도 4의 밸브의 단면도.
도 6은 흡인기-기반 진공 발생기 및 파워 브레이크 부스터 조립체에 대한 비특정 실시예의 개략도.
도 7 내지 도 9는 각각 스프링 게이트 조립체의 한 실시예의 측면 사시도, 저면도, 및 측면 분해 사시도.
도 10 및 도 11은 각각 스프링 게이트 조립체의 다른 실시예의 측면 사시도 및 측면 분해 사시도.
도 12 내지 도 14는 변형된 스프링 게이트 부재의 정면도, 변형된 스프링 게이트 조립체의 측단면도 및 변형된 스프링 게이트 조립체의 평면 사시도이다. 한 쌍의 래치(281)의 전후 관계가 도 12에 도시되어 있다.
도 15 내지 도 17은 스프링 게이트 조립체의 또 다른 실시예의 측면 사시도, 정면도, 및 말단면도.
도 18은 벨로우즈형 무단 탄성 밴드의 실시예의 도면.
도 19는 도 18의 벨로우즈형 무단 탄성 밴드의 말단면도.
도 20은 스프링 게이트 조립체의 한 실시예의 측단면 조립도.
도 21은 스프링 게이트가 개방 위치에 있는, 도관의 동인 단부(motive end) 내로 본 단부도(end view).
도 22는 게이트가 폐쇄 위치에 있는, 도관의 길이 방향 축을 따라서 취한 게이트 밸브의 실시예의 단면도.
도 23은 스프링 게이트 조립체의 다른 실시예의 측단면도.
도 24는 도 23의 스프링 게이트 조립체의 변형예의 측단면 조립도.
도 25a 내지 도 25c는 도 22, 도 23, 및 도 24의 스프링 게이트 조립체를 비교한 유동 분석도.
다음의 상세한 설명은 본 발명의 일반적인 원리를 예시할 것이며, 그 예들은 첨부된 도면에 추가로 예시된다. 도면에서, 동일한 도면 부호는 동일하거나 기능적으로 유사한 요소들을 지시한다.
본 명세서에 사용된 "유체"는 임의의 액체, 현탁액, 콜로이드, 가스, 플라즈마 또는 그 조합을 의미한다.
도 1 내지 도 3은 흡입부로부터 브레이크 진공 부스트 시스템으로 유동하는 유체, 예를 들어 공기의 유동을 선택적으로 제어하도록 구성된 게이트 밸브(100)의 한 실시예를 도시한다. 게이트 밸브(100)는, 솔레노이드 코일(104)과, 밸브 메커니즘(120)에 연결 가능한 아마추어(106)를 가지는 액튜에이터(103)를 수용하는 하우징(102)을 가질 수 있다. 아마추어(106)는 솔레노이드 코일(104) 내에 수용된 삽입 단부(106a), 및 코일로의 전류의 인가시에 솔레노이드 코일 내에 보다 완전히 수용되는 인접한 본체부(107)를 포함한다. 하나의 구성에서, 삽입 단부(106a) 및 본체부(107)는 자성 또는 상자성 재료, 예를 들어 철 함유 합금 또는 페라이트 함유(ferrite-containing) 복합 재료로 제조된 원통일 수 있다. 또 다른 구성에서, 삽입 단부(106a) 및 본체부(107)는 견인력에서의 점진적인 증가를 제공하기 위해 삽입 단부(106a)로부터 본체부(107)의 방향으로 테이퍼지는 내부 오목부(108)를 가지는 원통일 수 있다. 테이퍼는 견인력이 편향 요소(110)에 의해 생성된 반대 방향의 편향력보다 크도록 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 편향 요소(110)는, 아마추어(106)의 본체부(107)를 둘러싸고 솔레노이드 코일(104)과 비삽입 단부(106b) 모두에 접하는 코일 스프링(112)일 수 있지만, 편향 요소는 비삽입 단부에 접하거나 결합되는 다이아프램 또는 평탄 스프링, 비삽입 단부에 접하거나 결합되는 판 스프링 등이라는 것을 인식할 것이다. 도 22에 도시된 바와 같이, 아마추어(106)의 본체부(107) 내의 보어(111)에 수용된 편향 요소(110)를 포함하는 게이트 밸브의 다른 실시예가 도시되어 있다. 당업자는 솔레노이드가 대신 다른 편향 요소를 포함하는 쌍안정 솔레노이드일 수 있다는 것을 또한 인식할 것이다.
밸브 메커니즘(120)은, 아마추어(106)와 마주하고 스프링 게이트 조립체(128)를 수용하기 위한 포켓(126) 내로 개방되는 연결 개구(124)를 한정하는 도관(122), 및 포켓(126) 및 연결 개구(124) 내에서 선형으로 이동할 수 있는 스프링 게이트 조립체(128)를 포함한다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 포켓(126)은 도관(122)을 제1 섹션(122a)과 제2 섹션(122b)으로 분리하고, 포켓(126)에 인접한 도관의 단부들은 밸브 개구(123)를 한정한다. 도관(122)은, 양쪽 단부들로부터 밸브 개구(123)를 향하여 길이 방향 축("A")을 따라서 연속적이고 점진적으로 테이퍼지거나 또는 좁아지며 이에 의해 밸브 개구(123)에서 그 가장 작은 내경을 가지는 튜브일 수 있다. 이러한 도관 경로의 모래시계 형상 단면(hour glass-shaped cross-section)(125)은 개방 위치로부터 폐쇄 위치로 또는 그 반대로의 그 선형 움직임 동안 스프링 게이트 조립체(128)의 표면들에서 작용하는 마찰력을 감소시킨다. 도관(122)의 이러한 점진적인 협소화는 밸브에 걸쳐서 압력 강하를 또한 최소화한다. 도시된 구성에서, 길이 방향 축("A")에 직각인 단면은 원형이지만, 변형예에서, 단면(127)은 타원형(균일하거나 또는 테이퍼진 가로축 및 켤레지름(conjugate diameter)을 구비한), 다각형(균일하거나 테이퍼진 특성 폭을 구비한) 등일 수 있다.
도 1 내지 도 3의 실시예에서, 스프링 게이트 조립체(128)는 내부 오목부(108) 내로부터 돌출하는 스템(114)에 의해 아마추어(106)에 기계적으로 결합된다. 도 22의 실시예에서, 스템(114)은 아마추어(106)의 삽입 단부(106a)로부터 돌출한다. 다른 실시예에서, 스템(114)은, 솔레노이드 코일(104) 및 아마추어(106)가 밸브 메커니즘(120) 및 연결 개구(124)를 향하거나 또는 이로부터 멀어지게 스템을 당기도록 구성되는지에 따라, 아마추어(106)의 비삽입 단부로부터 돌출될 수 있다. 도 4 내지 도 5의 실시예에서 도시된 바와 같이, 솔레노이드 코일(104), 아마추어(106), 편향 요소(110), 및 스템(114)의 상대적 배열은 상시 폐쇄 밸브로부터 상시 개방 밸브로 또는 그 반대로 게이트 밸브(100)를 변화시키도록 변경될 수 있다(이후에 설명되는 바와 같이, 스프링 게이트 조립체(128)의 상세 구성에 의존하여). 일부 구성에서, 스템(114)은 아마추어(106)로부터의 일체형 돌출부일 수 있지만, 다른 구성에서, 스템은 다른, 바람직하게 비자성의 재료로 제조된 부착 돌출부일 수 있다.
스템(114)의 근위 단부(114a)는 스프링 게이트 조립체(128)에 부착될 수 있지만, 기계적 커플링은 바람직하게, 특히 스프링 게이트 조립체(128)의 부재(130, 132)들 사이에 위치된 무단 탄성 밴드(134)에 의해 인가된 편향력에 응답하여 적어도 도관의 길이 방향 축에 평행한 방향으로 스프링 게이트 조립체(128)가 슬라이딩 가능하게 이동하는 것을 가능하게 한다. 일부 구성에서, 기계적 커플링은 길이 방향 축(A)에 평행한 방향으로 스템(114)에 대한 스프링 게이트 조립체(128)의 부재(130, 132)들의 슬라이동 움직임을 허용하는 레일 시스템(160)을 포함한다. 이러한 슬라이딩 가능한 기계적 커플링은, 도관(122)의 어느 한쪽 단부를 향해 게이트 조립체를 당기지 않고 포켓(126) 내에서 액튜에이터(103)가 스프링 게이트 조립체(128)를 선형으로 이동시키는 것을 가능하게 한다. 오히려 밸브 메커니즘(120)과의 솔레노이드 코일(104), 아마추어(106) 및/또는 스템(114)의 완벽한 정렬은 스프링 게이트 조립체(128)를 그 경로로부터 비스듬히 놓아서, 게이트 조립체와 도관(122)의 벽들 사이의 마찰력을 증가시키는 경향이 있는 것은 결코 아니다.
도 2 및 도 3, 도 7 내지 도 9, 및 도 10 및 도 11에 도시된 실시예에서, 레일 시스템(160)은 그 양쪽 측면에 배치된 배선관 그루브(raceway groove)(164)들과 함께, 스템(114)의 근위 단부(114a) 부근에 위치된 가이드 레일(162)을 포함할 수 있다. 스프링 게이트 조립체(128)는 대응하여, 가이드 레일(162)을 감싸고 배선관 그루브(164)들 내에 돌출하도록 구성된 슬라이더(166)를 포함한다. 변형된 구성에서, 레일 시스템(160)은 역전될 수 있으며, 슬라이더(166)는 스템(114)의 근위 단부(114a)와, 가이드 레일(162) 및 배선관 그루브(racetrack groove)(164)를 각각 포함하는 스프링 게이트 조립체(128)의 부재(130, 132)들 가까이에 위치된다.
도 4 및 도 5에 도시된 실시예에서, 스템(114)의 근위 단부(114a)는 확장된 플레이트형 헤드(167)를 포함할 수 있다. 도 12 내지 도 14에 더욱 잘 도시된 바와 같이, 스프링 게이트 조립체(128)의 부재(230', 232')들은 스프링 게이트 조립체의 선형 움직임의 경로에 대해 직각인 다수의 방향으로 슬라이동 움직임을 허용하도록 헤드(167) 주위에 스냅 결합되는 다중-부분 소켓(268)을 총체적으로 한정할 수 있다. 유사하게, 도 20의 게이트 부재(430, 432)들은 또한 다중-부분 소켓(468)을 총체적으로 한정한다. 도 20 및 21에 도시된 바와 같이, 플레이트형 헤드(167)는 스템(114)의 근위 단부(114a)에 있는 환형 플랜지일 수 있으며, 그리하여, 스프링 게이트 조립체(128), 특히 도 12 내지 도 14의 스프링 게이트( 228") 또는 도 20의 스프링 게이트(428)는 조립 동안 스템(114)에 대해 360°이상 자유롭게 회전한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 밸브 메커니즘(120)은 스프링 게이트 조립체를 지나서 포켓 내로 누출하는 유체를 발산시키도록 연결 개구(124), 및 또한 다음에 설명되는 바와 같이, 스프링 게이트 조립체(128) 및 포켓(126)과 유체적으로 연통하는 벤트 포트(vent port)(170)를 포함할 수 있다. 매우 동적인 유동 환경에서, 예를 들어 터보 과급이 흡기 매니폴드 내에서 공기 압력을 증가시키도록 사용되는 자동차 엔진에서, 게이트 밸브(100)를 가로지르는 차압(differential pressure)은 광범위하게 변화할 수 있으며, 심지어 일시적으로 반전될 수 있다. 포켓(126) 내로 누출되는 고압 공기는 포켓을 가압하여, 솔레노이드 작동력, 편향력, 및 게이트 밸브(100) 내에서 예상되는 마찰력의 균형을 변경시킬 수 있다. 솔레노이드 메커니즘 및 포켓(126)의 가압에서의 큰 차이는 스프링 게이트 메커니즘이 포켓 내에서 완전히 선형으로 이동시켜, 밸브가 부분적으로 개방 및 폐쇄 상태로 작동하는 것을 방지할 수 있다. 벤트 포트(170)는 유체가 시스템 내에 수용되면 포켓(126)으로부터 도관(122a)의 입구 단부로 유체가 유동하는 것을 가능하게 하기 위하여 도관(122)의 내부로 개방될 수 있거나(도 2 및 도 3에 도시된 바와 같에) 또는 유체가 환경으로 방출될 수 있으면 밸브 메커니즘(120)의 외부로 개방될 수 있다(도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이).
이제 도 6을 참조하면, 게이트 밸브(100)는 진공 부스트 파워 브레이크 시스템을 통한 공기의 유동을 제어하도록 사용될 수 있다. 도관(122)은 입구 단부(122a)에 있는 공기 흡입구(180)에, 출구 단부(122b)에 있는 진공 발생기, 도시된 예에서 흡인기(190)에 연결될 수 있다. 예시적인 터보 과급기 엔진 구성에서, 터보 과급기 및 공기 인터쿨러(182)는 흡기 매니폴드(184)에 공급되는 공기를 가압하여, 흡기 매니폴드 내의 압력이 입구 단부(122a)에서의 공기 압력을 초과하도록 하여, 흡인기(190)를 통한 일시적인 역류를 잠재적으로 유발한다. 체크 밸브(192)들은 파워 브레이크 부스터(194)가 진공 충전을 상실하는 것을 방지하며; 그러나, 흡인기(190)를 통한 역류는 출구 단부(122b)에서의 유체 압력이 입구 단부(122a)에서의 유체 압력을 초과하도록 할 수 있다. 터보 과급기가 통상적으로 약 1 기압(상대)의 부스트 압력을 제공하고, 그리하여, 입구 단부(122a)에서의 높은 부스트 압력이 실질적으로 1 기압 미만(절대)일 가능성이 있기 때문에, 이러한 역전 압력차는 게이트 밸브(100)를 가로지르는 통상의 압력차보다 훨씬 클 수 있다. 결과적으로, 이후에 더욱 설명되는 스프링 게이트 조립체(128)의 다른 실시예가 일부 적용에 더욱 적합할 수 있다. 아울러, 당업자는 게이트 밸브(100)가 공기 이외의 유체와 함께 비자동차 용도를 포함하는 다른 용도에 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 대체로 도면 부호 228로 지시되는 스프링 게이트 조립체의 제1 실시예가 도시된다. 스프링 게이트 조립체(228)는 제1 게이트 부재(230), 제2 게이트 부재(232), 및 제1 및 제2 게이트 부재(230, 232)들 사이에 수용된 무단 탄성 밴드(234)를 포함한다. 무단 탄성 밴드(234)는 제1 및 제2 게이트 부재(230, 232)들 사이에서 개재되는 것으로서 설명될 수 있다. 도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 게이트 부재(232)는 그 내부면(252)의 일부로서, 무단 탄성 밴드의 일부를 수용하기 위한 트랙(236)을 포함한다. 도 7 내지 도 9에서 도시되지 않았지만, 제1 게이트 부재(230)는 또한 트랙(236)을 포함한다. 한 실시예에서, 탄성 재료는 천연 또는 합성 고무이다.
제1 및 제2 게이트 부재(230, 232)들은 동일하거나 실질적으로 유사한 부재들일 수 있지만, 본질적으로 그 방식에서 제한되지 않는다. 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 게이트 부재(230, 232)들은 동일하고, 그러므로 도관(122)의 입구 단부(122a) 또는 출구 단부(122b) 중 어느 하나를 마주하여 위치될 수 있다. 이러한 것은 도관(122)에서의 유체 유동 방향에 관계없이 유사한 성능을 가진 밸브를 만든다.
특히, 도 7 및 도 9를 참조하면, 제1 및 제2 게이트 부재(230, 232)들은 모두 통로(229)를 총체적으로 한정하는 개구(233)들을 가진다. 개방 위치에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 스프링 게이트 조립체(228)를 통과하는 통로(229)는 도관(122)과 정렬되어 유체가 관통하여 유동하는 것을 가능하게 한다. 통로(229)를 가지는 게이트의 부분은 본 명세서에서 개방 위치 부분(240)(도 7)으로 지칭되고, 슬라이더(266) 반대편에 도시된 인접 부분은 폐쇄 위치로 이동할 때 게이트(228)의 이러한 부분이 유체가 관통하여 유동하는 것을 방지하도록 도관(122)을 막기 때문에 폐쇄 위치 부분(242)으로서 지칭된다. 이 실시예에서, 각각의 게이트 부재(230, 232)의 폐쇄 위치 부분(242)은 실질적으로 매끄러운 연속적인 외부면(250)을 가진다. 당업자는 개방 위치 및 폐쇄 위치 부분(240, 242)들이 역전되어, 슬라이더(266) 맞은편의 개방 위치 부분(240)이 상시 폐쇄로부터 상시 개방으로(또는 그 반대로) 게이트 밸브 설계를 변화시키는 제2 수단을 제공한다는 것을 이해할 것이다.
이러한 제1 실시예에서, 무단 탄성 밴드(234)는 대체로 타원형이며, 이에 의해 개방 공간을 한정하는 내주변(282), 외주변(284), 및 반대 방향의 제1 및 제2 측면(286, 288)들을 포함한다. 무단 탄성 밴드(236)는 제1 측면(286)이 하나의 트랙(236)에 수용되고 제2 측면(288)이 다른 트랙(236)에 수용되도록 제1 및 제2 게이트 부재(230, 232)들의 트랙(236)들에 수용된다. 무단 밴드(234)가 제1 및 제2 게이트 부재(230, 232)들의 트랙(236)들에 안착될 때, 제1 및 제2 게이트 부재(230, 232)들은 거리(D)만큼 서로로부터 이격된다(도 7). 트랙(236)들은 마찬가지로 게이트 부재들의 외주변으로부터 일정 거리에서 무단 탄성 밴드(234)를 오목한 곳에 감추거나 또는 삽입하도록 위치된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이러한 구성은 포켓(126) 내의 스프링 게이트(228) 주위에서의 유체 유동을 위해 제1 및 제2 게이트 부재(230, 232)들 사이의 무단 탄성 밴드(234)의 외부면 주위에 채널(254)을 한정한다. 벤트 포트(170)가 존재할 때, 채널(254)은 벤트 포트와 유체 연통한다. 채널(254)을 통한 이러한 발산은 도관(122)을 통한 유체 유동의 방향에 대체로 직각이며, 아마추어(106)가 게이트를 포켓 내로 더욱 완전히 이동에 따라서 포켓(126)으로부터 유체를 발산시킨다.
무단 탄성 밴드(234)는 제1 및 제2 게이트 부재(230, 232)들 사이에서 압축 가능하고, 그러므로 도관(122)을 통한 유동 방향에 평행하게 작용하는 스프링으로서 기능한다. 추가적으로, 무단 탄성 밴드(234)는 도관(122)을 통해 유동하는 유체에 의해 무단 탄성 밴드(234)에 인가되는 힘에 응답하여 반경 방향으로 외향하여 확장 가능하여, 무단 탄성 밴드(234)와 제1 및 제2 게이트 부재(230, 232)들에 있는 트랙(236)들의 외부벽 부분 사이에 밀봉을 형성한다. 무단 탄성 밴드(234)는 제1 및 제2 게이트 부재들을 포켓(126)의 대향하는 벽들과의 밀봉 결합으로 편향시킨다.
작동시에, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같은 스프링 게이트 조립체를 참조하여 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같은 이러한 개방 위치에서, 좌측으로부터 우측으로든 우측으로부터 좌측으로든 상관없이 도관을 통해 유동하는 유체는 스프링 게이트 조립체(228)에 있는 통로(229)를 통과하고, 유체의 압력은 반경 방향으로 외향하여 무단 탄성 밴드(234) 상에 작용하는 힘을 제공하고, 이에 의해 트랙(236)들의 외주변과의 밀봉 결합으로 무단 탄성 밴드를 가압한다. 이러한 밀봉 결합은 액튜에이터(103) 내로의 유체 누출을 감소시키거나 방지하며, 이러한 것은 단일 재료의 균일한 강성의 게이트보다 많은 누출 저항성을 스프링 게이트 조립체(228)에 제공한다. 이러한 실시예는 자연 흡인 엔진, 특히 도관(122)을 통해 대기압 또는 서브 대기압으로 유동하는 공기와 함께 사용하는데 매우 적합하다. 그러나, 도관(122)이 과급 공기 흡입 시스템의 부스트 압력측에 연결되는 실시예에서, 무단 탄성 밴드(234)에 의해 제공되는 누출 보호는 도관(122)을 통해 유동하는 유체가, 다른 위치로 스프링 게이트 조립체(228)(및 아마추어(106) 등)를 밀도록 작용하거나 또는 그렇지 않으면 조립체의 제어된 이동을 방해하는 압력이 포켓(126) 내에서 발생하는 것을 방지하도록 돕는다. 스프링 게이트 조립체(228) 및 게이트 밸브(100)가 경험하는 과급 엔진에서의 압력은 일반적으로 약 5 psi 내지 약 30 psi의 범위에 있다.
무단 탄성 밴드(234)는 무단 탄성 밴드의 존재로 인해, 특히 포켓(126)의 치수 및 게이트 부재(230, 232)의 두께에 대해, 제조 공차에 덜 민감한 게이트를 만든다. 포켓(126)은 전형적으로 간섭 끼워맞춤을 만들도록 스프링 게이트(228)의 무부하 폭보다 작은 폭을 가지도록 형성된다. 스프링 게이트 조립체(228)에서, 무단 탄성 밴드(234)는 스프링 게이트(228)가 포켓(126) 내로 삽입됨에 따라서 제1 및 제2 게이트 부재(230, 232)들 사이에서 압축된다. 포켓(126) 내로 삽입될 때(박힐 때) 제1 및 제2 게이트 부재(230, 232)들 상에서의 무단 탄성 밴드의 스프링력 또는 편향 작용은 누출을 감소시키거나 또는 방지하도록 포켓의 벽과의 밀봉 결합으로 각각의 게이트 부재를 가압한다. 가장 중요하게, 강성의 게이트 부재(230, 232)들 또는 단일 강성 게이트의 탄성 계수에 비해 무단 탄성 밴드의 상당히 낮은 탄성 계수는, 스프링 게이트 조립체(228) 위에 작용하고 그 경로를 따르는 조립체의 선형 움직임에 저항하는 법선력(normal force)이 상당히 낮다는 것을 의미한다. 이러한 것은 마찰력(마찰력은 마찰 계수를 곱한 법선력과 동일하다)을 감소시키고, 그러므로 요구되는 솔레노이드 작동력을 감소시킨다. 이러한 이점은 후술하는 다른 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.
이제 도 10 및 도 11을 참조하면, 유사하게 제1 게이트 부재(230'), 제2 게이트 부재(232'), 및 제1 및 제2 게이트 부재(230', 232')들 사이에 수용된 무단 탄성 밴드(235)를 포함하는, 대체로 도면 부호 228'로 지시되는 스프링 게이트 조립체의 제2 실시예가 제공된다. 무단 탄성 밴드(235)는 제1 및 제2 게이트 부재(230', 232')들 사이에 개재된 것으로 설명될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제2 게이트 부재(232')는 무단 탄성 밴드(235)의 일부를 수용하기 위하여 그 내부면(252') 내로의 부분으로서 또는 안으로 오목한 트랙(237)을 포함한다. 도 10 및 도 11에 도시되지 않았지만, 제1 게이트 부재(230')는 트랙(237)을 또한 포함한다. 두 게이트 부재(230', 232')는 전술한 바와 같이 게이트 조립체(228')를 아마추어(106)에 슬라이딩 가능하게 결합하기 위한 슬라이더(266')를 또한 포함한다. 그러나, 상기된 바와 같이, 이러한 모든 실시예에서, 부재(230, 230', 232, 232' 등)들은 스템(114)의 가이드 레일(162) 및 배선관 그루브(164)들과 유사한 가이드 레일 및 배선관 그루브들을 교대로 포함하거나, 또는 환형 플레이트 헤드(167)를 수용하기 위한 다중-부분 소켓(468)을 총제적으로 한정한다.
여기에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 무단 탄성 밴드(235)는 대략 8자 형상의 탄성 재료 밴드이며, 이에 의해 제1 개방 공간을 한정하는 제1 내주변(272), 제2 개방 공간을 한정하는 제2 내주변(273), 외주변(274), 및 반대의 제1 및 제2 측면(276, 278)들을 포함한다. 무단 탄성 밴드(235)는 제1 측면(276)이 하나의 트랙(237)에 수용되고 제2 측면(278)이 다른 영역(278)에 수용되도록 제1 및 제2 게이트 부재(230', 232')들의 트랙(237)들에 수용된다. 무단 탄성 밴드(235)가 8자 형상이기 때문에, 트랙(237)은 또한 전형적으로 8자 형상이다. 무단 탄성 밴드(235)가 제1 및 제2 게이트 부재(230', 232')들의 트랙(237')들에 안착될 때, 제1 및 제2 게이트 부재(230', 232')들은 거리(D')만큼 서로 이격된다(도 10). 트랙(237)들은 제1 및 제2 게이트 부재(230', 232')들의 외주변으로부터 일정 거리에서 무단 탄성 밴드(235)를 오목한 곳에 감추도록 위치된다.
도 10 및 도 11에 도시된 실시예에서, 제1 및 제2 게이트 부재(230', 232')들은 서로 구조적으로 상이하지만, 개방 위치에서 유체가 관통하여 유동하는 것을 가능하게 하도록 도관(122)과 정렬되는 통로(229')를 총체적으로 한정하는 제1 개구(233')들을 모두 가진다. 게이트의 이러한 부분은 개방 위치 부분(240')(도 10)으로 지칭되고, 슬라이더(266') 반대편의 이에 인접하는 부분은 폐쇄 위치 부분(242')으로 지칭되는데, 이는 스프링 게이트 조립체(228')의 이러한 부분이 폐쇄 위치로 이동할 때 유체가 관통하여 유동하는 것을 막기 때문이다. 이러한 실시예에서, 제1 게이트 부재(230')의 폐쇄 위치 부분(242')은 관통하는 제2 개구(244)를 포함한다. 제2 개구는 제1 개구(233')와 실질적으로 동일한 치수일 수 있다. 제2 게이트 부재(232')는 그 폐쇄 위치 부분(242')에 제2 개구를 포함하지 않는다. 대신에, 제2 게이트 부재(232')의 폐쇄 부분(242')은 실질적으로 연속적인 매끄러운 외부면을 가진다. 제2 게이트 부재(232')는 그 내부면(252')으로부터 돌출하는 마개(253)를 선택적으로 포함할 수 있다. 이러한 마개(253)는 무단 탄성 밴드(235)에 의해 한정된 제2 개방 공간의 치수 내에 끼워지며, 적어도 제1 게이트 부재(230')에 있는 제2 개구(244)의 크기이도록 치수화되며, 제2 개구는 무단 탄성 밴드(235)의 제2 내주변(273)보다 작은 개구를 한정한다. 마개(253)는 제2 게이트 부재(232')의 내부면(252')의 실질적으로 매끄러운 부분일 수 있다.
개방 위치에서, 통로(229')를 통해 유동하는 유체는 반경 방향으로 외향하는 무단 탄성 밴드(235)에 작용하는 힘을 제공하고, 이에 의해 무단 탄성 밴드를 트랙(237)들의 외주변과 밀봉 결합한다. 이러한 밀봉 결합은 액튜에이터(103)와 포켓(126) 내로의 유체 누출을 감소시키거나 또는 방지하며, 이러한 것은 도 10 및 도 11의 실시예의 게이트(228')에 단일 재료의 균일한 강성의 게이트보다 큰 누출 저항성을 제공한다.
폐쇄 위치에서, 도관(122)에서의 유체 유동은 제1 게이트 부재(230')에 의해 한정된 스프링 게이트(228')의 측면을 향한 방향일 수 있으며, 즉 제1 게이트 부재(230'는 게이트 밸브(100)의 입구 단부(122a)를 마주할 수 있다. 특히, 유동의 이러한 배향은 도관(122)이 과급된 공기 흡입 시스템의 부스트 압력측에 연결되고 대체로 부스트 압력이 관통 유동하는 것을 정지시키도록 작동될 때 유익하다. 이러한 것은 부스트 압력이 제2 개구(244)를 통과하여, 제1 및 제2 게이트 부재(230', 232')들의 트랙(237)들에 무단 탄성 밴드를 밀봉적으로 결합하기 위해 무단 탄성 밴드 상에서 반경 방향으로 외향하여 작용하도록 마개(253)에 의해 무단 탄성 밴드(235)의 제2 내주변(273)을 향하기 때문이다. 제2 개구(244)의 존재는, 무단 탄성 밴드(235)를 축 방향으로 압축하도록 도관(122) 내에서의 유동 방향에 평행하게 작용하는 힘을 부스트 압력이 인가할 수 있는 제1 게이트 부재(230')의 외부면의 표면적을 또한 최소화한다. 부스트 압력이 축 방향으로 무단 탄성 밴드(235)를 압축하면, 게이트 부재(230', 232')들 중 하나는 다른 게이트 부재에 더욱 가깝게 이동하여 D'를 감소시키고, 포켓(126)의 하나의 벽과 그 게이트 부재 사이에 갭을 생성하고, 유체는 갭을 통해 누출된다. 이러한 것은 바람직하지 않은 결과이다. 따라서, 게이트 부재(228')에 대해, 부스트 압력이 제2 게이트 부재(232')의 실질적으로 연속적인 매끄러운 외부면에 충돌하는 방향으로 도관 내로 유동하는 것은 바람직하지 않을 것이다. 도 6에 도시된 예에서, 가장 높은 압력차가 게이트 밸브의 출구측으로 흡인기를 교차하는 흡기 매니폴드 내에서의 부스트 압력에 의해 유발되는 역전 압력차일 가능성이 있기 때문에 유동의 반대 배향은 유익하다.
이제 도 12 내지 도 14 및 또한 도 20을 참조하면, 이러한 또는 다른 실시예의 변형예에서, 도 12 내지 도 14의 게이트 부재(230', 232')들 중 하나 및 도 20의 게이트 부재(430, 432)들은 래치(281, 481)를 (각각) 포함할 수 있고, 게이트 부재(230', 232')들 중 다른 하나는 대응하여 배치된 멈춤쇠(283, 483)들을 (각각) 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 하나는 복수의 래치(281, 481)를 포함할 수 있고, 다른 하나는 복수의 멈춤쇠를 포함할 수 있거나, 또는 각각 하나의 래치(281, 481), 하나의 멈춤쇠(283, 483)를 포함할 수 있으며, 래치(281, 481) 및 멈춤쇠(283, 483)는 그 대응 요소의 배치에 대응하도록 게이트 부재(230', 232' 또는 430, 432)의 양쪽 단부에 배치된다. 래치(281, 481)들과 멈춤쇠들은 포켓(126) 내에 삽입하기 전에 조립된 구성에서 조립체를 능동적으로 유지하는 것에 의해 스프링 게이트 조립체(228')(또는 128, 228, 428 등)의 조립을 돕는다.
이제 도 15 내지 도 17을 참조하면, 범용 스프링 게이트 조립체(제1 또는 제2 게이트 부재들 중 어느 하나를 향하는 유동으로 작동 가능한)가 도시되고, 도면 부호 328에 의해 지시된다. 범용 스프링 게이트(328)는 도 10 및 도 11의 실시예와 동일한 제1 게이트 부재(230'), 제1 게이트 부재(230')와 대체로 동일한 구성을 가지는 제2 게이트 부재(332), 폐쇄 위치에 필요한 장애물을 제공하는 내부 게이트 부재(334), 제1 게이트 부재(230')와 내부 게이트 부재(334) 사이에 형성된 트랙에 배치된 제1 무단 탄성 밴드(346), 및 제2 게이트 부재(332)와 내부 게이트 부재(334) 사이에 한정된 트랙 내에 배치된 제2 무단 탄성 밴드(348)를 포함한다. 제2 게이트 부재(332)(도 16 참조)는 슬라이더(366), 개방 위치 부분(240')에 있는 제1 개구(333), 및 그 폐쇄 위치 부분(242')의 제2 개구(344)를 포함할 수 있다. 내부 게이트 부재(334)는 그 개방 위치 부분(240')에 개구(336)를 포함할 수 있으며, 범용 스프링 게이트(328)가 폐쇄 위치에 있을 때 도관을 통한 유체의 유동을 막을 수 있는 폐쇄 위치 부분(242')을 한정하는 실질적으로 연속적인 반대의 외부면들을 가진다.
도 15 내지 도 17의 실시예에서, 8자 형상의 무단 탄성 밴드는 각각의 제1 및 제2 게이트 부재(230', 332)에 있는 2개의 개구 때문에 바람직하다. 8자 형상의 무단 탄성 밴드(346, 348)들은 상기된 바와 같다. 여기에서, 제1 무단 탄성 밴드(346)는 내부 게이트 부재(334)의 제1 트랙(352)과 제1 게이트 부재(230')의 트랙(237) 모두에 안착되며, 트랙들은 바람직하게 제1 무단 탄성 밴드(346)를 수용하도록 치수화된 8자 형상이다. 유사하게, 제2 무단 탄성 밴드(348)는 내부 게이트 부재(334)에 있는 제2 트랙(354) 및 제2 게이트 부재(332)에 있는 트랙(337) 모두에 안착되며, 트랙들은 바람직하게 제2 무단 탄성 밴드(348)를 수용하도록 치수화된 8자 형상이다.
작동시에, 범용 스프링 게이트(328)는 개방 위치 및 폐쇄 위치에서 도 10 및 도 11의 스프링 게이트(228')의 제1 게이트 부재측에 대해 상기된 바와 같이 작동한다. 범용 스프링 게이트(328)는 임의의 특별한 유동 배향을 요구함이 없이 통상적으로 흡인, 과급 또는 터보 과급 엔진에서 사용될 수 있다. 각각의 제1 및 제2 게이트 부재들의 폐쇄 위치 부분에서 감소된 표면적의 그 범용 특성 및 이점은 도관을 통한 유동 방향에 관계없이 액튜에이터(103) 및 포켓(126) 내로의 누출을 감소시키거나 또는 방지하도록 이러한 게이트 기능이 게이트를 밀봉하도록 한다. 이러한 실시예는 액튜에이터와 벤트 포트(170)(존재한다면) 사이의 유체 연통을 제공하도록 무단 탄성 밴드의 외부 주위에 다수의 채널(254)을 제공하는 이점을 또한 가진다.
또한, 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같은 본 실시예 또는 다른 실시예의 변형예 및 도 20의 실시예에서, 도 12 내지 도 14의 게이트 부재(230', 232')들 및 도 20의 게이트 부재(430, 432)들은 액튜에이터(103)의 스템(114)을 향하여 그 후미 단부(260)로부터 돌출하는 연결 부재(270)를 각각 포함한다. 후미 단부(260)는 포켓(126) 내로의 게이트 조립체의 삽입 동안 선단 단부(262)와 관련된다. 연결 부재(270)들은, 스템(114)의 일부를 수용하기 위한 대체로 환형의 개구(272) 및 또한 환형으로 형상화될 수 있는 플레이트형 헤드(167)를 수용하기 위한 대형 챔버(274)를 가지는 다중-부분 소켓(268)을 총체적으로 한정한다. 다중-부분 소켓(268)은 도 22에 도시된 바와 같이 기계적 커플링의 스템(114)의 헤드(167) 주위에 스냅 결합된다. 다중-부분 소켓(268)은 포켓(126) 내에 삽입되기 전에 스템(114) 상에 조립체를 능동적으로 유지하는 것에 의해 스프링 게이트 조립체(228')(또는 128, 228 등)의 조립을 돕는다. 대형 챔버(274)는 스템(114)의 플레이트형 헤드(167)보다 통상적으로 더 크고, 이에 의해 스프링 게이트 조립체가 스템(114)을 중심으로 회전하도록 여유를 제공한다. 상기된 바와 같이, 이러한 것은 스프링 게이트 조립체(228', 428)가 조립 동안 스템(114)에 대해 360° 이상 자유롭게 회전할 것이기 때문에 유익하다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 하나 이상의 게이트 부재(230', 232')는 본 명세서에 개시된 스프링 게이트 조립체의 모든 실시예에 적용 가능한 배향 부재(286)를 포함할 수 있다. 한 실시예에서, 배향 부재(286)는 하나 이상의 게이트 부재(230', 232')의 측면으로부터 외향하여 돌출하는 탭일 수 있다. 따라서, 포켓(126)은 배향 부재(286)를 수용하도록 형상화되고 치수화된 수용 배향 부재(도시되지 않음)를 가질 것이다. 배향 부재(286) 및 수용 배향 부재는 임의의 형태의 키 및 키홈 구성일 수 있으며, 포켓 또는 게이트 조립체 중 어느 하나는 그 어느 한 부분을 가질 수 있다.
부가적으로, 포켓(126) 내로의 삽입을 용이하게 하기 위해, 스프링 게이트 조립체들 중 임의의 것은 게이트 부재(230', 232', 430, 432)들 중 어느 하나 또는 양쪽의 선단 단부(262)로부터 멀어지게 연장되는 도 13, 도 14, 및 도 20에 도시된 바와 같이 테이퍼진 다리(288)들을 포함할 수 있으며, 다리(288)들의 테이퍼는 게이트 부재의 외부면에 있으며, 테이퍼는 대체로 동일한 게이트 부재의 내부면과 일치하는 평면을 향하는 방향으로 내향한다.
이제 도 20을 참조하면, 대체로 도면 부호 428로 지시된 스프링 게이트 조립체의 제5 실시예가 제공되며, 이는 유사하게 제1 게이트 부재(430), 제2 게이트 부재(432) 및 본 명세서에서 도 18 및 도 19에 대해 설명된 바와 같이 제1 및 제2 게이트 부재(430, 432)들 사이에 수용되는 무단 탄성 밴드(434)를 포함한다. 무단 탄성 밴드(434)는 제1 및 제2 게이트 부재(430, 432)들 사이에 개재된 것으로서 설명될 수 있다. 이 실시예에서, 제1 및 제2 게이트 부재(430, 432)들의 일반적인 구성은 도 10 및 도 11에 대해 설명된 구성에 대응한다. 제2 게이트 부재(432)는 그 내부면(452)의 일부분으로서의 또는 안으로 오목한 트랙(437)을 포함하고 제1 게이트 부재(430)도 트랙을 포함하여서, 트랙(437)들은 서로 조립되면 무단 탄성 밴드(434)의 일부를 각각 수용하며, 제1 및 제2 게이트 부재(430, 432)들은 구조적으로 서로 다르지만, 둘 모두 통로(429)를 총체적으로 한정하는 제1 개구(433)들을 가진다. 이 실시예에서, 폐쇄 위치는 제2 게이트 부재(432)의 내부면(452)으로부터 돌출하는 마개(453)와 정렬된 제1 게이트 부재의 제2 개구(444)에 의해 한정된다. 이러한 마개(453)는 무단 탄성 밴드(434)에 의해 한정된 제2 개방 공간의 치수 내에 끼워지며, 제1 게이트 부재(430)에 있는 적어도 제2 개구(444)의 크기이도록 치수화되며, 제2 개구는 무단 탄성 밴드(434)의 대응하는 내주변보다 작은 개구를 한정한다. 마개(453)는 제2 게이트 부재(432)의 내부면(452)의 실질적으로 매끄러운 부분일 수 있다.
본 명세서에 개시된 스프링 게이트들의 각각의 실시예에서, 무단 탄성 밴드는 도 9 및 도 11에 도시된 바와 같이 대체로 직사각형 단면을 가지는 대체로 매끄러운 밴드로서 도시되었다. 그러나, 무단 탄성 밴드는 이러한 구성으로 제한되지 않는다. 다른 실시예에서, 무단 탄성 밴드는 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이 대체로 불규칙한 내부면 및 외부면을 가질 수 있다. 이 실시예에서, 무단 탄성 밴드는 대체로 물결형 외주변(474) 및 이에 대해 반대인 물결형의 내주변(476)을 가지는 벨로우즈형 무단 탄성 밴드(434)로서 지칭된다. 무단 탄성 밴드(434)가 대체로 8자 형상의 구성을 가질 때, 8의 중심을 형성하는 크로스 부재(435)가 또한 벨로우즈형일 수 있다. 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 크로스 부재(435)의 벨로우즈 및 밴드의 주요 부분은 도관을 통한, 그러므로 무단 탄성 밴드 자체를 통한 유체 유동의 방향을 가로질러 배향된다. 벨로우즈형 탄성 밴드(434)는 제1 및 제2 게이트 부재들 사이에서 밴드의 보다 균일한 압축을 제공하기 때문에 유익하다.
상기된 바와 같이, 본 명세서에 개시된 실시예들의 많은 양태의 이점들 중 하나는 보다 작은 솔레노이드 액튜에이터가 그 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 게이트를 선형으로 병진시키도록 사용될 수 있다는 것이다. 특히, 본 명세서에 개시된 스프링 게이트 실시예들은 게이트를 제1 위치로부터 제2 위치(개방 위치로부터 폐쇄위치로 또는 폐쇄 위치로부터 개방 위치로)로 선형으로 병진시키도록 3 파운드 미만의 힘을 요구하며, 솔레노이드 액튜에이터로부터의 유지력을 거의 요구하지 않으며, 즉, 복귀 스프링력을 극복하도록 충분한 힘을 거의 요구하지 않는다. 한 실시예에서, 그 안에 봉입되는 하우징을 포함하지만 스프링 게이트 조립체 또는 도관을 포함하지 않는 솔레노이드 액튜에이터는 단지 약 350g 이하의 중량인 크기이다. 다른 실시예에서, 솔레노이드 액튜에이터는 약 290g의 중량인 크기이다.
이러한 보다 작은 솔레노이드 액튜에이터들을 허용하는 밸브 디바이스의 다른 양태가 도 21에 도시되어 있다. 스프링 게이트를 통과하는 통로(229, 429)를 한정하는 본 명세서의 임의의 실시예의 제1 및 제2 게이트 부재들의 각각에 있는 개구(433)(도 20에 도시된 바와 같은)는 도관의 길이 방향 축(A)에 대체로 직각인 그 길이 방향 축(C)을 구비하는 대체로 직사각형이다. 도관(122)은 포켓(126)에 근접한 대체로 원형 또는 타원형의 내부 치수를 가지며, 제1 및 제2 게이트 부재들의 각각에 있는 개구(433)의 면적은 도관의 대체로 원형 또는 타원형의 내부 치수와 대략 동일한 면적을 가진다. 개구(433)의 직사각형 형상은 완전 개방 위치 또는 완전 폐쇄 위치에 도달하기까지 이동할 필요가 없는 게이트를 제공하며, 이러한 것은 이동 거리가 감소되기 때문에 보다 적은 동력을 요구한다. 따라서, 보다 작은 솔레노이드가 사용될 수 있다. 도관의 내부 치수와 대략 동일한 면적의 개구는 도관의 내부 치수의 면적과 동일한 면적 또는 ± 5%의 오차 범위인 면적을 가지는 개구이다. 대략 동일한 면적을 가지는 것은 스프링 게이트를 통과하는 통로를 한정하는 개구가 도관의 거의 동일한 유동 면적을 가진다는 것을 의미한다.
이제 도 22를 참조하면, 도 1 내지 도 3의 디바이스와 유사한 밸브 디바이스(500)가 도시되며, 이와 같이, 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 구성 요소를 나타낸다. 밸브 디바이스(500)는, 밸브 메커니즘(120)에 연결 가능하고 전기 커넥터(109)에 전기적으로 결합되는 솔레노이드 코일(104) 및 아마추어(106)를 가지는 액튜에이터(103)를 포함한다. 편향 요소, 도면에서 코일 스프링(112)은 아마추어(106)를 개방 위치 또는 폐쇄 위치로 편향시킨다. 밸브 메커니즘(120)은, 아마추어(106)를 대면하는 연결 개구(124)를 한정하고 포켓(126) 내에서 선형으로 이동할 수 있는 스프링 게이트 조립체(128)를 수용하기 위해 포켓(126) 내로 개방되는 도관(122)을 포함한다. 포켓(126)은 도관(122)을 제1 섹션(122a) 및 제2 섹션(122b)으로 분리하고, 포켓(126)에 인접한 양쪽 단부들은 밸브 개구(123)를 한정한다. 도관(122)은 밸브 개구(123)를 향하여 양쪽 단부로부터 길이 방향 축("A")을 따라서 연속적이고 점진적으로 테이퍼지거나 또는 좁아지며, 이에 의해 상기된 바와 같은 밸브 개구(123)에서 그 가장 작은 내경을 가지는 튜브일 수 있다.
하우징(502)은 하우징을 밸브 메커니즘(120)에, 특히 도관(122)에 연결하기 위한 플랜지(504)를 포함한다. 기밀성 밀봉은 이러한 2개의 구성 요소 사이에서 필요하며, 하우징(502)의 플랜지(504)를 도관의 짝맞춤 플랜지(506)에 스핀 용접하는 것에 의해 본 발명에서 달성된다. 도관은 포켓(126)의 연결 개구(124) 주위에 배치된 대체로 환형의 플랜지인 짝맞춤 플랜지(504)를 포함한다. 하우징(502)의 플랜지(504)는 대체로 V자 형상 또는 W자 형상 단면 프로파일을 가질 수 있으며, 도관(122)의 짝맞춤 플랜지(506)는 이에 대한 반대의 단면 프로파일을 가진다. 예를 들어, 도 22에 도시된 바와 같이, 하우징(502)의 플랜지(504)는 대체로 W자 형상 단면 프로파일이고, 도관(122)의 짝맞춤 플랜지(506)는 대체로 V자 형상 단면 프로파일이다. 이와 같이, V자 형상 프로파일의 아암들은 W자 형상 프로파일에 의해 한정된 갭에 안착된다.
플랜지(504)와 짝맞춤 플랜지(506)가 서로 짝맞춤되면, 하우징 또는 도관 중 어느 하나는 정지 상태로 유지될 수 있고, 다른 구성 요소는 구성 요소들을 함께 용접하도록 압력의 인가에 의해 360°이상 다른 것에 대해 회전될 수 있다. 여기에서, 적어도 플랜지(504) 및 결합 플랜지(506)는 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소에 대해 회전시키는 것에 의해 생성되는 압력 및 마찰의 결과로서 용융되어 함께 용접되는 플라스틱 재료, 전형적으로 열가소성 재료로 구성된다.
실시예에서, 밸브 디바이스의 조립체는 스핀 용접 단계를 포함한다. 상기 방법은 하우징으로부터 돌출하는 스템 및 플랜지를 가지는 하우징(502)과 같은 하우징 내에 봉입되는 액튜에이터, 미조립 스프링 게이트, 및 짝맞춤 플랜지를 가지는 도관(122)과 같은 도관을 제공하는 단계를 포함한다. 그런 다음, 상기 방법은, 그 사이에 무단 탄성 밴드가 개재되고, 스프링 게이트의 각각의 게이트 부재의 연결 부재가 스템을 주위에 배치되어 조립된 스프링 게이트를 한정하도록, 제1 게이트 부재와 제2 게이트 부재를 서로에 대해 체결하는 단계를 포함한다. 다음으로, 조립된 스프링 게이트는 도관의 포켓과 짝맞춤되고 하우징의 플랜지와 도관의 짝맞춤 플랜지가 함께 스핀 용접된다. 플랜지 및 결합 플랜지는 도 22와 관련하여 상기된 바와 같을 수 있다.
스핀 용접은 하우징 또는 도관을 정지 상태로 유지하도록 형상화되고 구성된 정지 지그, 및 정지 지그에 대해 회전 가능한 대향 지그 또는 척을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 척은 하우징 또는 도관을 유지하도록 형상화되고 구성된다. 한 실시예에서, 정지 지그는 하우징을 정지 상태로 유지하도록 형상화되고 구성되며, 척은 하우징에 대해 도관 및 스프링 게이트를 함께 회전시키도록 형상화되고 구성된다. 스핀 용접은 도관 및 조립된 스프링 게이트를 하우징에 대해 적어도 360°회전시키는 단계를 포함할 수 있다.
이제 도 23을 참조하면, 대체로 도면 부호 528로 지시되고 유사하게 제1 게이트 부재(530), 제2 게이트 부재(532), 및 제1 및 제2 게이트 부재(530, 532)들 사이에 수용되는 도 18 및 도 19에 대하여 기술된 바와 같은 무단 탄성 밴드(434)를 포함하는 스프링-게이트 조립체의 제6 실시예가 도시되어 있다. 무단 탄성 밴드(434)는 본 명세서에 개시된 임의의 무단 탄성 밴드일 수 있는 바와 같이 제1 및 제2 게이트 부재(530, 532)들 사이에 개재된 것으로서 설명될 수 있다. 스프링 게이트(528)는 도 12 내지 도 14에 대하여 상기된 바와 같이, 스프링 게이트의 선형 움직임의 경로에 직각인 다수의 방향으로의 슬라이동 움직임을 허용하고 조립 동안 스프링 게이트가 스템(114)에 대해 360°이상 회전하는 것을 가능하게 하도록 헤드(167) 주위에 스냅 결합되는 다중-부분 소켓(268)을 포함하고, 그 도면 부호들은 도 23에서 반복된다. 제1 및 제2 게이트 부재(530, 532)들의 일반적인 구성은 다음에 설명되는 변형 외에 도 10 및 도 11에 대하여 설명된 구성에 대응한다. 따라서, 동일한 도면 부호는 다른 실시예에 대하여 상기된 반복 특징을 위해 포함된다.
스프링된 게이트(528)는 적어도 제1 개방 공간을 한정하는 내주변을 가지는 무단 탄성 밴드(434), 스프링 게이트를 통과하는 유동 방향(F)에 평행하게 배향되고 이에 대해 반대 방향으로 연장되는 플랜지(540)를 가지는 관통 제1 개구(533)를 한정하는 제1 게이트 부재(530), 및 그 말단들 또는 원위 단부(544)가 제1 게이트 부재의 플랜지(540) 내에 안착되도록 제1 게이트 부재(530)를 향하여 연장되는 기다란 목부(542)를 가지는 관통 제2 개구(535)를 한정하고, 이에 의해 스프링 게이트(528)를 통과하는 연속 통로(546)을 한정하는 제2 게이트 부재(532)를 가진다. 무단 탄성 밴드(434)는 그 개방 공간이 기다란 목부(542)와 환형 플랜지(540)에 의해 한정된 연속 통로(546)를 수용하도록 제1 및 제2 게이트 부재(530, 532)들 사이에 개재되고, 제2 게이트 부재(532)로부터 거리(D)만큼 제1 게이트 부재(530)를 이격시킨다. 도시된 바와 같이, 플랜지(540)는 제1 개구(533)의 형상과 대체로 일치하는 연속 플랜지이다. 제1 게이트 부재(530) 및 제2 게이트 부재(532)는 모두 그 내부면(452)의 일부분으로서 또는 그 안으로 오목한 트랙(437)을 포함하며, 트랙에 무단 탄성 밴드(434)의 일부가 안착된다. 제1 및 제2 게이트 부재(530, 532)들은 전술한 것과 같은 체결구 시스템을 포함한다. 도 23 내지 도 24에서, 체결구 시스템은 래치(481)를 포함하는 것으로 도시되어 있다.
기다란 목부(542)는 스프링 게이트의 유동 용량을 감소시키지 않고 최소한으로 스프링 게이트의 가동 표면과 정지 표면 사이로 부스러기의 침입의 문제를 해결하기 위해 존재한다. 기다란 목부는 점진적이고 연속적으로 테이퍼지는 내부 통로(550)를 한정한다. 테이퍼진 내부 통로(550)는 그 말단 또는 원위 단부(544)를 향해 치수가 점진적이고 연속적으로 감소한다. 기다란 목부(542)는 제1 게이트 부재의 외부면으로부터 제2 게이트 부재의 외부면까지의 거리보다 작은 길이를 가지며, 이에 의해 도 23에 도시된 여유 갭(552)을 한정한다. 여유 갭(552)은 약 0.1 ㎜ 내지 약 2.0 ㎜이지만, 또한 플랜지(540)의 길이보다 적어도 0.5 ㎜ 작은 것으로 결정될 수 있다. 도 23에 도시된 바와 같이, 제1 게이트 부재(530)는 유동 방향을 가로질러 배향된 제1 개구(533) 내에 있는 입술부(lip)(548)를 포함할 수 있으며, 존재할 때, 여유 갭(552)은 약 0.6 ㎜ 내지 약 1.5 ㎜일 수 있다. 도 24를 참조하여, 스프링 게이트는 제1 개구(533) 내의 입술부(548)를 생략할 수 있으며, 생략될 때, 여유 갭(552)은 약 0.1 ㎜ 내지 약 2.0 ㎜일 수 있다.
이제 도 25a 내지 도 25c를 참조하면, 도 20, 도 23, 및 도 24의 스프링 게이트를 통한 유동을 비교 시뮬레이션이 제공된다. 적색은 스프링 게이트를 통해 도관 내에서 가장 빠른 유동을 나타내며, 밝은 청색은 도관 내에서 가장 느린 유동을 나타낸다. 도 25a는 9.8 g/s의 유동을 가졌다. 도 25b는 9.0 g/s의 유동을 가졌다. 도 25c는 10.1 g/s의 유동을 가졌다. 따라서, 도 23 및 도 24에 도시된 스프링 게이트들의 연속 통로들은 도 20의 유동에 비교 가능한 유동을 가지며, 도 24의 스프링 게이트는 심지어 0.3 g/s의 개선을 경험했다. 이와 같이, 이러한 대안적인 실시예들은 밸브의 성능을 희생시키지 않고 부스러기 침입을 감소시킬 수 있다.
도 24를 참조하면, 테이퍼진 내부 통로(550)는 2중 목적을 가지며; 이는 성형 공구로부터 부품을 용이한 제거를 가능하게 하며, 유동 입구(536)가 유동과 간섭하지 않는 유동 상태로 게이트(528) 있을 때를 보장한다. 게이트(528)의 이동량이 주어지면, 테이퍼진 내부 통로(550)는 유동 입구(536)에서의 개구 높이(H)가 게이트의 최악의 경우의 이동보다 약 0.1 ㎜ 내지 약 0.5 ㎜ 큰 연속적이고 점진적인 테이퍼이다. 도 25b 및 도 25c에 도시된 바와 같이, 개구 높이(H)는 이에 가장 근접한 도관(122)의 밸브 개구(123)의 부분보다 높다.
이전 도면들과 도 23의 스프링 게이트(528)의 또 다른 차이점은 제1 게이트 부재(530)가 그 폐쇄 위치 부분에서 관통 제3 개구(560)를 한정하는 것이다. 제3 개구(560)는 게이트가 폐쇄 위치에 있고 부스트 압력이 이에 가장 근접한 도관(122)의 부분에 존재할 때 개구와 연통하는 게이트의 내부 영역을 가압하는 역할을 한다. 게이트의 내부 영역의 이러한 가압은 밸브의 적절한 밀봉을 보장하는 한편, 마찰로 인해 일정한 값으로 게이트를 작동시키는 힘을 유지하는 역할을 한다. 제1 개구(533)와 비교된 제3 개구(560)의 면적은 약 1:1 내지 약 1:10의 범위, 보다 바람직하게 약 1:3 내지 약 1:5의 범위이다. 여기에서, 제1, 제2 및 제3 개구 중 임의의 것은 유동 방향에 대체로 직각으로 배향되는 그 길이 방향 축을 구비하는 대체로 직사각형일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 23 및 도 24의 스프링 게이트들은 대체로 8자 형상의 무단 탄성 밴드를 가지는 것으로 도시되어 있다. 무단 탄성 밴드는 벨로우즈가 관통 유동의 방향을 가로질러 배향되는 벨로우즈형 탄성 밴드이다.
도 9 및 도 11에 개시된 스프링 게이트는 대체로 매끄러운 무단 탄성 밴드를 가지는 것으로서 도시되어 있다. 그러나, 무단 탄성 밴드는 이러한 구성으로 제한되지 않는다. 무단 탄성 밴드는 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이 대체로 불규칙한 내부면 및 외부면을 가질 수 있다. 이 실시예에서, 무단 탄성 밴드는 대체로 물결형 외주변(474) 및 이에 대해 반대인 물결형의 내주변(476)을 가지는 벨로우즈형 무단 탄성 밴드(434)로서 지칭된다. 무단 탄성 밴드(434)가 대략 8자 형상의 구성을 가질 때, 8의 중심을 형성하는 크로스 부재(435)가 또한 벨로우즈형일 수 있다. 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 크로스 부재(435)의 벨로우즈 및 밴드의 주요 부분은 도관을 통한, 그러므로 무단 탄성 밴드 자체를 통한 유체 유동의 방향을 가로질러 배향된다. 벨로우즈형 탄성 밴드(434)는 제1 및 제2 게이트 부재들 사이에서 밴드의 보다 균일한 압축을 제공하기 때문에 유익하다.
실시예들이 도면 및 설명에서 예시된 부품 및 단계의 구성 및 배열의 세부 사항에 대한 그 응용 또는 사용에 제한되지 않는다는 것을 유의해야 한다. 예시적인 실시예, 구성 및 변형의 특징은 다른 실시예, 구성, 변형 및 수정에서 실행되거나 또는 통합될 수 있으며, 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 달리 언급하지 않으면, 본 명세서에서 사용되는 용어 및 표현은 독자의 편의를 위해 본 발명의 예시적인 실시예를 설명할 목적으로 선택되었으며, 본 발명을 제한하는 목적을 위한 것이 아니다.
본 발명을 상세히 설명하고 그 바람직한 실시예를 참조하여, 첨부된 청구항들에서 한정된 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 수정 및 변형이 가능하다는 것은 명백할 것이다.

Claims (19)

  1. 밸브를 위한 스프링 게이트로서,
    개방 공간을 한정하는 내주변을 가지는 무단 탄성 밴드;
    관통하는 제1 개구를 한정하는 제1 게이트 부재로서, 상기 제1 개구는 상기 스프링 게이트를 통한 유동 방향과 반대 방향으로 연장되고 평행하게 배향된 환형 플랜지를 갖는, 제1 게이트 부재; 및
    관통하는 제2 개구를 한정하는 제2 게이트 부재로서, 상기 제2 개구는 상기 제2 개구로부터 상기 제1 게이트 부재를 향하여 연장되는 기다란 목부를 갖는, 제2 게이트 부재;
    를 포함하며;
    상기 기다란 목부의 말단은 상기 제1 게이트 부재의 상기 환형 플랜지 내에 안착되고, 이에 의해 상기 스프링 게이트를 관통하는 연속 통로를 한정하며;
    상기 무단 탄성 밴드는 상기 개방 공간이 상기 기다란 목부와 상기 환형 플랜지에 의해 한정된 상기 연속 통로를 수용하도록 상기 제1 및 제2 게이트 부재들 사이에 개재되고, 상기 제1 게이트 부재를 상기 제2 게이트 부재로부터 일정 거리 이격시키는, 스프링 게이트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기다란 목부는 점진적으로 연속해서 테이퍼진 내부 통로를 한정하는, 스프링 게이트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기다란 목부는 상기 제1 게이트 부재의 외부면으로부터 상기 제2 게이트 부재의 외부면까지의 거리보다 작은 길이를 가지며, 이에 의해 상기 기다란 목부의 말단에서 여유 갭을 한정하는, 스프링 게이트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 여유 갭은 상기 환형 플랜지의 길이보다 적어도 0.5㎜ 작은, 스프링 게이트.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 게이트 부재의 상기 제1 개구는 상기 유동 방향을 가로질러 배향된 입술부를 추가로 포함하고, 상기 여유 갭은 0.6 ㎜ 내지 1.5 ㎜인, 스프링 게이트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무단 탄성 밴드는 8자 형상인, 스프링 게이트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 무단 탄성 밴드는 벨로우즈형 탄성 밴드인, 스프링 게이트.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 벨로우즈는 관통하는 유동 방향을 가로질러 배향되는, 스프링 게이트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 게이트 부재 각각은 후미 단부로부터 돌출하는 연결 부재를 포함하고, 상기 연결 부재는 다중-부분 소켓을 함께 총체적으로 한정하며, 상기 다중-부분 소켓은 상기 스프링 게이트가 그 중앙 길이 방향 축을 중심으로 360°이상 회전하는 것을 가능하게 하는, 스프링 게이트.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 게이트 부재들은 각각 상기 무단 탄성 밴드가 안착되는 트랙을 포함하는, 스프링 게이트.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 게이트 부재는 그 폐쇄 위치 부분에 관통하는 제3 개구를 한정하며, 상기 제3 개구는 상기 제1 개구보다 작은, 스프링 게이트.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 개구에 대한 상기 제3 개구의 면적 비는 1:1 내지 1:10의 범위에 있는, 스프링 게이트.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 개구와 상기 제2 개구는 상기 유동 방향에 직각으로 배향된 길이 방향 축을 가진 직사각형인, 스프링 게이트.
  14. 밸브 디바이스로서,
    청구항 1에 의한 스프링 게이트가 내부에 안착되는 포켓에 의해 제1 섹션과 제2 섹션으로 분리되는 도관을 포함하는 밸브 메커니즘; 및
    상기 스프링 게이트에 연결된 액튜에이터;
    를 포함하며;
    상기 액튜에이터는 상기 도관에 대한 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 상기 포켓 내에서 상기 스프링 게이트를 선형으로 이동시키는, 밸브 디바이스.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 무단 탄성 밴드는 타원 형상이거나 또는 8자 형상인, 밸브 디바이스.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 무단 탄성 밴드는 상기 관통 유동 방향을 가로질러 배향된 벨로우즈를 구비하는 벨로우즈형 탄성 밴드인, 밸브 디바이스.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 스프링 게이트의 상기 기다란 목부의 길이는 상기 제1 게이트 부재의 외부면으로부터 상기 제2 게이트 부재의 외부면까지의 거리보다 작고, 이에 의해 상기 기다란 목부의 말단에서 여유 갭을 한정하는, 밸브 디바이스.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 여유 갭은 상기 환형 플랜지의 길이보다 적어도 0.5㎜ 작은, 밸브 디바이스.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제1 개구와 상기 제2 개구는 상기 도관의 길이 방향 축에 직각으로 배향된 길이 방향 축을 구비하는 직사각형이고, 상기 도관은 상기 포켓에 근접한 원형 또는 타원형 내부 치수를 가지며, 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구의 면적은 상기 도관의 상기 원형 또는 타원형의 내부 치수와 동일한 면적을 가지는, 밸브 디바이스.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD780296S1 (en) * 2015-07-17 2017-02-28 Dayco Ip Holdings, Llc Actuated valve
US10683941B2 (en) * 2017-07-26 2020-06-16 Deltavalve, Llc Black-powder-resistant through conduit valve
BR112020022696A2 (pt) 2018-05-07 2021-02-09 Dayco Ip Holdings, Llc válvulas de gaveta com mola, de duas posições, tendo uma posição aberta para fluxo completo e uma posição aberta para fluxo restrito
GB2583355B8 (en) * 2019-04-24 2021-07-07 Unity Well Integrity Ltd Gate valve member
CN112191379B (zh) * 2020-09-22 2022-03-29 柳州延龙汽车有限公司 一种多功能的高压清洁机喷头
WO2022204020A1 (en) * 2021-03-25 2022-09-29 Worldwide Oilfield Machine, Inc. Non-circular body gate valve with skirt plate comprising spacers and method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140197345A1 (en) 2013-01-14 2014-07-17 Dayco Ip Holdings, Llc Piston actuator controlling a valve and method for operating the same
US20140353534A1 (en) 2013-05-31 2014-12-04 Dayco Ip Holdings, Llc Sprung gate valves movable by an actuator
US20150060709A1 (en) 2013-08-30 2015-03-05 Dayco Ip Holdings, Llc Sprung gate valves movable by a solenoid actuator
US20150090355A1 (en) 2013-05-31 2015-04-02 Dayco Ip Holdings, Llc Solenoid-Powered Gate Valve

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2660191A (en) * 1948-12-20 1953-11-24 Alexander S Volpin Gate valve
US2705019A (en) * 1950-07-08 1955-03-29 Alexander S Volpin Gate valve
GB867647A (en) 1957-07-26 1961-05-10 Bopp & Reuther Gmbh Improvements in or relating to slide valves having double plates
US3069129A (en) 1959-07-31 1962-12-18 Marvin H Grove Valve construction having fluid pressure and spring bias seals
US3559947A (en) 1968-08-01 1971-02-02 Sette Products Co Gate valve
US3768774A (en) 1971-06-16 1973-10-30 Vetco Offshore Ind Inc Gate valve with pressure actuated plug seat
US4095612A (en) 1977-02-14 1978-06-20 Equipment Renewal Company Gate valve
US4157169A (en) * 1977-10-12 1979-06-05 Torr Vacuum Products Fluid operated gate valve for use with vacuum equipment
US4603842A (en) 1983-03-24 1986-08-05 Flo-Con Systems, Inc. Method of sliding gate valve operation
US4671312A (en) * 1984-05-14 1987-06-09 Axelson, Inc. Wireline cutting actuator and valve
US5020776A (en) 1990-06-04 1991-06-04 Warman International, Inc. Split seat gate valve
US5195722A (en) 1990-06-14 1993-03-23 Bedner Michael P Fool proof slide gate valve
US5271426A (en) 1991-08-16 1993-12-21 The Clarkson Company Gate valve
US5413140A (en) 1994-06-29 1995-05-09 Warman International Ltd. Spring-assisted split seat gate valve
JPH08285096A (ja) 1995-04-17 1996-11-01 Toshiba Corp 仕切弁
US6158718A (en) 1999-09-17 2000-12-12 Erc Industries, Inc. Gate valve
JP3425937B2 (ja) * 2000-12-04 2003-07-14 入江工研株式会社 ゲート弁
CN2791391Y (zh) * 2005-03-31 2006-06-28 烟台蓝德空调工业科技有限公司 双流向电子式膨胀阀
CA2544518A1 (en) 2005-04-21 2006-10-21 Unverferth Manufacturing Company, Inc. Direct double-acting in-line shut-off gate valve
JP4977900B2 (ja) 2007-07-20 2012-07-18 Ｓｍｃ株式会社 直線作動型ゲートバルブ
EA201101199A1 (ru) 2009-02-10 2012-01-30 Тайко Вэлвз Энд Контроулз Лп Запорный клапан с встроенными опорными элементами
US9222583B2 (en) 2011-04-08 2015-12-29 Cameron International Corporation Split gate valve
US8777184B2 (en) * 2011-06-13 2014-07-15 Tom J. Brock Gate valve
CN203477377U (zh) * 2013-09-18 2014-03-12 温州龙德设备有限公司 一种闸阀
US9303548B2 (en) * 2013-11-12 2016-04-05 Dayco Ip Holdings, Llc Diesel engine fluid coolant system having a solenoid-powered gate valve
CN203670845U (zh) * 2013-12-31 2014-06-25 山东莱德机械有限公司 弹性自密封闸阀

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140197345A1 (en) 2013-01-14 2014-07-17 Dayco Ip Holdings, Llc Piston actuator controlling a valve and method for operating the same
US20140353534A1 (en) 2013-05-31 2014-12-04 Dayco Ip Holdings, Llc Sprung gate valves movable by an actuator
US20150090355A1 (en) 2013-05-31 2015-04-02 Dayco Ip Holdings, Llc Solenoid-Powered Gate Valve
US20150060709A1 (en) 2013-08-30 2015-03-05 Dayco Ip Holdings, Llc Sprung gate valves movable by a solenoid actuator

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