KR102665510B1 - 액추에이터 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액추에이터 장치에 관한 것으로, 이 액추에이터 장치는, 회전 축선을 중심으로 하는 회전 운동을 제공하고 액추에이터 하우징을 포함하는 드라이브를 갖고, 액추에이터 하우징의 외부 표면은 회전 축선을 따라 만곡된 프로파일을 갖고서 연장되고 또한 액추에이터 하우징은 작동 공간을 한정하고, 작동 공간 내에는 액추에이터 하우징의 전방 표면을 관통하는 드라이브 샤프트를 포함하는 작동 요소가 회전가능하게 수용되고, 액추에이터 하우징은 작동 공간을 밸브 장치에 연결하도록 설계되는 작동 포트에 의해 관통되고, 액추에이터 장치는 작동 포트에 유체 흐름을 제공하도록 설계되는 밸브 장치를 갖고, 밸브 장치는 밸브 하우징의 밸브 샤프트에 수용되는 밸브 모듈을 포함하고, 밸브 모듈은 유체 포트를 갖고, 밸브 하우징은 회전 축선을 따라 원형 링 섹션의 형태의 프로파일을 갖고서 연장된다.
Description
본 발명은 운동을 제공하는 액추에이터 장치에 관한 것으로, 이 액추에이터 장치는, 유체 흐름을 회전 축선을 중심으로 하는 회전 운동으로 변환하도록 설계되고 특히 원통형 구성의 액추에이터 하우징을 포함하는 드라이브 (drive) 를 갖고, 액추에이터 하우징의 외부 표면은 회전 축선을 따라 만곡된 프로파일을 갖고서 연장되고 또한 액추에이터 하우징은 작동 공간을 한정하고, 작동 공간 내에는 액추에이터 하우징의 전방 표면을 관통하는 회전 축선과 동축으로 배치되는 드라이브 샤프트를 포함하는 작동 요소가 회전가능하게 수용되고, 액추에이터 하우징은 작동 공간을 밸브 장치에 연결하도록 설계되는 작동 포트에 의해 관통되고, 액추에이터 장치는 작동 포트에 유체 흐름을 제공하도록 설계되는 밸브 장치를 갖는다.
EP 2 614 260 B1 에는 작동 공간이 형성되는 하우징을 포함하는 유체-작동 식 로터리 드라이브 장치가 공지되어 있다. 작동 공간은 중심 축선을 중심으로 메인 원주 방향에 대해 동심원상으로 연장되는 원형 외부 윤곽을 가지며, 그럼으로써 하우징 외부로부터 접근할 수 있는 출력 부재에 회전 불가능하게 연결되고 선회 운동을 위해 중심 축선을 중심으로 선회할 수 있는 회전 피스톤이 작동 공간 내에 수용된다. 이러한 로터리 드라이브 장치의 유체 작동을 위한 밸브 장치, 예를 들어 복수의 유체 밸브를 갖는 밸브 터미널의 사용이 또한 알려져 있는데, 이는 특히 로터리 드라이브 장치에 대한 소망하는 유체 공급 및 유체 배출을 보장하기 위해 가요성 호스를 통해 로터리 드라이브 장치에 연결된다. 공지의 로터리 드라이브 장치는 예를 들어 제 1 기계 부품에 대한 제 2 기계 부품의 선회 운동을 제공하기 위해 공지의 밸브 장치와 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 목적은 드라이브에 대한 유체 스트림의 단순화된 제공 및 콤팩트한 설계를 가능하게 하는 액추에이터 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 본 발명에 따른 액추에이터 장치에 대해 달성된다. 밸브 장치는 특히 유체 밀폐 상태인 밸브 하우징의 밸브 샤프트에 수용되는 밸브 모듈을 포함하는 것으로 제공되며, 밸브 모듈은 유체 포트를 가지며, 밸브 하우징은 회전 축선을 따라 원형 링 섹션 형태로 프로파일을 갖고서 연장된다.
액추에이터 조립체를 위한 콤팩트한 설계를 달성하기 위해, 밸브 하우징은 액추에이터 하우징에 바로 인접하여, 액추에이터 하우징에 직접 연결되어 배치되는 것이 제공된다. 환형 링 섹션의 형태의 밸브 하우징의 프로파일은 회전 축선에 대해 횡방향으로 정렬된 단면 평면에 있어서 액추에이터 하우징을 향하는 밸브 하우징의 표면의 돌출부 및 액추에이터 하우징으로부터 먼 쪽을 향하는 밸브 하우징의 표면의 돌출부가 각각 특히 원호 형태의 만곡된 단면을 갖는 것을 나타낸다는 것을 의미한다. 또한, 액추에이터 하우징으로부터 먼 쪽을 향하는 밸브 하우징의 표면이 밸브 하우징의 최대 표면을 형성하도록 제공될 수 있다. 액추에이터 하우징을 향하는 밸브 하우징의 표면은, 회전 축선에 대한 반경방향 내측 배열로 인해, 밸브 하우징의 보다 작은, 특히 두 번째로 큰 표면을 형성한다. 또한, 각각의 경우에서의 밸브 하우징은 원주방향에 대해 횡방향으로 적어도 실질적으로 정렬된, 특히 전술한 표면들을 연결하는 반경방향으로 연장하는 스트립형 측면을 갖는다.
전술한 외부 표면들은 특히 서로 일체로 연결된 밸브 하우징의 벽 섹션들에 의해 형성된다. 이러한 벽 섹션들은, 밸브 하우징 내에 형성되고 밸브 모듈을 수용하기 위해 제공되는 적어도 하나의 밸브 샤프트를 한정한다. 바람직하게는, 밸브 샤프트는, 예를 들어 회전 축선을 따라 직사각형으로 형성된 밸브 모듈을 수용하기 위해, 밸브 하우징에서 회전 축선을 따라 적어도 실질적으로 일정한 프로파일을 갖고서 연장된다. 특히 바람직하게는, 밸브 하우징은 플라스틱 사출 성형 부품으로서 형성되거나, 발생 공정에서 예를 들어 플라스틱 분말 또는 금속 분말의 레이저 소결에 의해 제조된다.
예로서, 밸브 모듈은, 특히 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서의 위치의 변화에 의해 그 단면이 영향을 받을 수 있고 내부에 적어도 하나의 유체 채널이 형성되는 채널 하우징 및 밸브 액추에이터에 의해 이동할 수 있는 밸브 부재를 포함하는, 피에조 벤더 (Piezo bender) 와 같은 전기적으로 제어되는 밸브 액추에이터를 포함하는 전공 (electropneumatic) 서브어셈블리이다. 또한, 밸브 모듈은 하나의 전방 표면에 적어도 하나의 유체 포트를 가지며, 여기에는 밸브 부재의 개방시에 밸브 모듈에서 유체 채널을 통하여 흐르는 유체를 예를 들어 유체 로드 (fluid load) 에 연결시킬 수 있도록 하기 위해 유체 라인이 연결될 수 있다. 바람직하게는, 밸브 모듈은 완전한 조립체로서 제공되고, 조립 공정 동안에, 특히 회전 축선을 따르는 조립체의 삽입 운동 동안에, 회전 축선 방향에 있어서 밸브 모듈의 축방향 표면으로부터 연장하는 전기 핀들이 밸브 하우징의 베이스에 제공된 리세스들에 침입하여 밸브 하우징의 외측으로부터의 밸브 모듈의 전기 접촉을 허용하도록 밸브 하우징의 밸브 샤프트에 적용된다. 핀들은 밸브 하우징 내에 밀봉식으로 수용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 공급 유체의 유체 압력이 밸브 샤프트에 존재하고, 밸브 모듈은 밸브 부재의 위치에 따라 밸브 샤프트, 유체 채널 및 유체 포트 사이의 연결을 확립 또는 차단하도록 설계된다.
본 발명의 유리한 실시형태들은 종속항들의 주제이다.
밸브 하우징이 액추에이터 하우징을 향하는 오목한 형상의 제 1 벽 섹션 및 액추에이터 하우징으로부터 먼 쪽을 향하는 볼록한 형상의 제 2 벽 섹션을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우, 제 1 벽 섹션은, 액추에이터 하우징을 향하는 밸브 하우징의 외부 표면을 결정하고, 외부에서 볼 때, 오목한 프로파일을 갖는다. 제 2 벽 섹션은, 액추에이터 하우징으로부터 먼 쪽을 향하는 밸브 하우징의 외부 표면을 결정하고, 외부를 향하여 볼 때, 볼록한 프로파일을 갖는다. 제 1 벽 섹션 및 제 2 벽 섹션은 회전 축선에 대해 평행하게 정렬된 연장 축선을 따라 적어도 실질적으로 일정한 프로파일을 갖는 것이 바람직하다. 벽 섹션들의 일정한 프로파일은 또한 드래프트 (draft) 를 포함할 수 있어서, 특히 플라스틱 사출 성형 공정에 있어서 밸브 하우징의 제조가 용이해진다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서, 특히 회전 축선과 동축으로 정렬된 제 1 벽 섹션이 원호 섹션의 형태로 형성되고, 그리고/또는 특히 회전 축선과 동축으로 정렬된 제 2 벽 섹션이 원호 섹션의 형태로 형성된다. 제 1 벽 섹션 및 제 2 벽 섹션의 이러한 설계는, 이 경우에 밸브 하우징이 액추에이터 하우징의 원통형 외부 벽에 콤팩트하게 끼워질 수 있기 때문에 액추에이터 하우징이 원통형으로 형성된다면 특히 유리하며, 회전 축선을 따르는 원호형 단면 형상으로 인해 작은 추가 설치 공간을 필요로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 액추에이터 하우징은 제 1 작동 포트 및 제 2 작동 포트를 구비하고, 밸브 하우징은 제 1 밸브 모듈이 안에 수용된 제 1 밸브 샤프트 및 제 2 밸브 모듈이 안에 수용된 제 2 밸브 샤프트를 포함하며, 그럼으로써 제 1 밸브 모듈은 제 1 작동 포트에 연결된 제 1 유체 포트와 결합되며, 그럼으로써 제 2 밸브 모듈은 제 2 작동 포트에 연결된 제 2 유체 포트와 결합된다. 선택적으로, 밸브 하우징의 2 개의 밸브 샤프트들은 서로 분리되어 형성되어서, 밸브 하우징에 수용된 2 개의 밸브 모듈들의 각각이 개별적인 유체 압력을 제공할 수 있도록 형성될 수 있다. 대안적으로, 밸브 하우징의 2 개의 밸브 샤프트들은 함께 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 유체 포트에 대해 제 1 및 제 2 밸브 모듈에 의해 동일한 가압 유체를 예를 들어 선택적으로, 특히 교번하여 제공하는 것이 가능해진다. 또한, 제 1 밸브 모듈의 제 1 유체 포트는 액추에이터 하우징의 제 1 작동 포트에 연결되고 제 2 밸브 모듈의 제 2 유체 포트는 액추에이터 하우징의 제 2 작동 포트에 연결되기 때문에, 가압 유체에 의한 각각의 작동 포트의 표적화된 로딩이 발생할 수 있다. 예를 들어, 드라이브가 가압 유체의 공급에 따라 반대의 회전 방향으로 작동할 수 있는 에어 모터인 경우, 드라이브에 대한 이러한 유체 공급이 제공될 수 있다.
예로서, 2 개의 밸브 모듈들은 밸브 하우징과 관련된 밸브 제어 유닛에 전기적으로 연결되는데, 이 밸브 제어 유닛은 2 개의 (제 1 및 제 2) 밸브 모듈들 중 적어도 하나를 전기적으로 제어하여 관련된 유체 포트에서 가압 유체를 제공하는 것을 허용한다. 예로서, 밸브 제어 유닛이 특히 밸브 샤프트들 중의 하나에 또는 전방측에 배치된 밸브 하우징의 리세스에 배치된 인쇄 회로, 특히 인쇄 회로 기판 또는 플렉시블 도체 포일에 적용되는 것이 제공될 수 있다. 대안적으로, 밸브 모듈들의 전기적 연결 핀들이 연결 보드에 의해 밸브 하우징의 외부에서 연결되는 것이 제공될 수 있는데, 이 연결 보드는 결국 밸브 하우징과 멀리 떨어져 배치된 밸브 제어 유닛에 케이블 연결부를 통해 연결된다. 케이블 연결부의 안내를 위해서는, 밸브 샤프트에 대해 평행하게 정렬된 샤프트가 밸브 하우징 내에 형성되는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 밸브 하우징에 수용된 제 1 밸브 모듈의 제 1 유체 포트는 제 3 밸브 모듈의 제 3 유체 포트에 연결되고, 밸브 하우징에 수용된 제 2 밸브 모듈의 제 2 유체 포트는 제 4 밸브 모듈의 제 4 유체 포트에 연결되고, 제 3 밸브 모듈은 제 2 밸브 하우징의 제 3 밸브 샤프트에 수용되고, 제 4 밸브 모듈은 제 2 밸브 하우징의 제 4 밸브 샤프트에 수용된다. 이 경우, 예를 들어, 제 1 및 제 2 밸브 모듈은, 분배 플레이트와 그 위에 형성된 입력 포트를 통해 제 1 밸브 하우징에 가압 공급 유체가 제공되는 공기 흡입 밸브로서 사용될 수 있다. 공급 유체는 제 1 및 제 2 유체 포트에서, 따라서 액추에이터 하우징의 각각 할당된 제 1 및 제 2 작동 포트에서 제 1 및 제 2 밸브 모듈에 의해 제공될 수 있다.
또한, (제 1) 밸브 하우징과는 별도인 제 2 밸브 하우징의 제 3 밸브 샤프트 및 제 4 밸브 샤프트에 수용된 제 3 밸브 모듈 및 제 4 밸브 모듈은 액추에이터 하우징의 각각의 (제 1 또는 제 2) 작동 포트로부터 가압 유체를 배출하기 위한 예시적인 배기 밸브들로서 작용한다. 이 목적을 위해, 분배 플레이트에 제 2 밸브 하우징과 연결된 출력 포트가 제공될 수 있으며, 이는 분배 플레이트에서 유체 채널로 개방되어 그로부터 예를 들어 사일렌서 출구로 이어진다. 바람직하게는, 적어도 하나의 밸브 모듈은, 관련 유체 포트와 밸브 모듈의 채널 하우징의 유체 채널, 밸브 샤프트, 분배 플레이트와 관련된 입력 포트간의 연결을 차단 또는 해제하는데 사용될 수 있는 2/2-웨이 밸브로서 설계된다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 2 개의 작동 포트들은 특히 회전 축선에 대해 평행하게 정렬되어 액추에이터 하우징의 축방향 표면 상에 설계되고, 각각의 밸브 모듈의 유체 포트는 축방향 특히 회전 축선에 대해 평행하게 정렬되어 밸브 하우징의 축방향 표면에 배치되고, 액추에이터의 작동 포트들 및 밸브 모듈들의 유체 포트들은 밸브 하우징과 액추에이터 하우징의 축방향 표면들에 맞닿는 분배 플레이트에 형성되는 유체 채널들과 각각 연결된다. 분배 플레이트의 주요 임무는 액추에이터 하우징의 작동 포트와 밸브 모듈의 유체 포트 사이의 콤팩트한 연결을 간단하게 확립하는 것이다. 바람직하게는, 분배 플레이트에는, 제 1 밸브 모듈의 제 1 유체 포트를 제 3 밸브 모듈의 제 3 유체 포트 및 제 1 작동 포트와 연결하는 제 1 유체 채널이 형성된다. 또한, 분배 플레이트는 제 2 밸브 모듈의 제 2 유체 포트를 제 4 밸브 모듈의 제 4 유체 포트 및 제 2 작동 포트와 연결하는 제 2 유체 채널을 포함한다. 액추에이터 하우징 및 밸브 하우징에서 축방향으로 배치되는 분배 플레이트의 배치는, 적어도 밸브 하우징과 액추에이터 하우징 사이에서 가요성의 튜브 연결부가 생략될 수 있는 액추에이터 장치의 콤팩트한 설계를 가능하게 하는데, 왜냐하면 이 부위에서의 유체적 소통이 분배 플레이트의 유체 채널에 의해 보장되기 때문이다.
바람직하게는, 분배 플레이트에는, 분배 플레이트의 표면으로부터 축방향으로 돌출하고 분배 플레이트의 유체 채널을 위한 개구로서의 역할을 하는 관형 연결 피스들이 제공된다. 이 연결 피스들은, 보어로서 형성된 작동 포트 및/또는 유체 포트에서 통합형 O-링 시일과 결합하고, 그럼으로써 분배 플레이트의 유체 채널에 대한 드라이브 및/또는 밸브 장치의 유리한 유체-기밀 결합이 보장될 수 있다.
본 발명의 유리한 실시형태에서, 밸브 하우징들은 각각의 경우에 분배 플레이트의 대향 축방향 표면에 대해 특히 밀봉식으로 축방향 표면과 맞닿고, 분배 플레이트는 액추에이터 하우징에 밸브 하우징의 고정을 위해 형성된다. 이 경우, (제 1 및 제 2 또는 제 3 및 제 4) 유체 포트들은 각각의 밸브 모듈의 채널 하우징 상에 특히 채널 하우징 내의 보어로서 각각 형성되어, 밸브 모듈들의 유체 포트들은 직접적인 유체 소통으로 분배 플레이트 상에 상응하게 배열된 연결 피스들을 통해 운반될 수 있다. 예를 들어, 분배 플레이트에 대향하고 분배 플레이트에 밀봉식으로 연결될 수 있는 밸브 하우징의 축방향 표면 상에서는, 2 개의 (제 1 및 제 2 또는 제 3 및 제 4) 밸브 모듈들을 수용하기 위해 형성되는 2 개의 (제 1 및 제 2 또는 제 3 및 제 4) 밸브 샤프트들이 개방한다. 또한, 분배 플레이트의 축방향 표면 상에는, 각각의 대향 밸브 하우징의 밸브 샤프트 내로 개방되어 이 밸브 샤프트에 예를 들어 압축 공기를 공급할 수 있는 입력 포트가 부가적으로 형성된다.
유리하게는, 분배 플레이트 또는 분배 플레이트에 할당된 분배 블록은 분배 플레이트에 형성된 공급 채널과 연결된 환형 채널을 원주 내벽에 구비하는 중앙에 배치된 샤프트 리세스를 가지며, 드라이브 샤프트는 환형 채널에 대향하여 배치되는 반경방향 보어 내에서 드라이브 샤프트의 단부 섹션으로부터 이격되어 개방되는 유체 보어에 의해 회전 축선을 따라 관통된다. 이러한 방식으로, 특히 드라이브 샤프트에 정면으로 형성된 연결 포트 사이의 연결은 반경방향 보어까지 그리고 그로부터 환형 채널 및 관련된 공급 채널까지의 드라이브 샤프트의 유체 보어를 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 공급 채널은 분배 플레이트의 입력 포트에 연결되고 그에 따라 각각의 관련된 밸브 하우징과 소통하며, 예를 들어 밸브 하우징 내로의 유체 공급을 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 유리한 실시형태에서, 작동 요소는 로터리 베인으로서 설계되고, 작동 공간을 작동 공간내에 고정된, 회전 축선을 따라 연장하는 밀봉 요소와 관련하여 제 1 서브 공간 및 제 2 서브 공간으로 분할하고 그럼으로써 제 1 서브 공간 및 제 2 서브 공간에 작동 포트가 할당된다. 그 결과, 제 1 서브 공간과 제 2 서브 공간 사이의 압력차에 따라, 회전 축선을 중심으로 하는 로터리 베인의 선회 운동 및 로터리 베인에 결합된 드라이브 샤프트의 선회 운동이 유발될 수 있고, 이는 제 1 서브 공간 및 제 2 서브 공간의 크기의 변화에 의해 수반된다. 바람직하게는, 로터리 베인 및 드라이브 샤프트는 적어도 180도, 바람직하게는 240도, 특히 바람직하게는 270도, 특히 300도의 선회 범위에 걸쳐 스위핑될 수 있다.
바람직하게는, 드라이브는 제 1 아암 섹션과 선회 장치의 제 2 아암 섹션, 특히 로봇 아암과의 선회가능한 결합을 위한 힌지로서 설계된다.
본 발명의 바람직한 실시형태가 도면에 도시되어 있다.
도 1 은 선회 운동을 제공하는 드라이브가 제 1 아암 섹션 및 제 2 아암 섹션 각각에 할당되는 다축 로봇과 같은 예시적인 실시형태에서의 액추에이터 장치의 개략적인 도면이다.
도 2 는 선회 운동을 제공하는 드라이브의 사시도이다.
도 3 은 도 2 에 따른 드라이브의 분해도이다.
도 4 는 도 2 에 따른 드라이브를 위한 밸브 장치의 분해도이다.
도 5 는 도 4 에 따른 밸브 장치에 사용하기 위한 밸브 모듈의 사시도이다.
도 6 은 도 2 에 따른 드라이브를 위한 유체 연결부의 개략도이다.
도 2 는 선회 운동을 제공하는 드라이브의 사시도이다.
도 3 은 도 2 에 따른 드라이브의 분해도이다.
도 4 는 도 2 에 따른 드라이브를 위한 밸브 장치의 분해도이다.
도 5 는 도 4 에 따른 밸브 장치에 사용하기 위한 밸브 모듈의 사시도이다.
도 6 은 도 2 에 따른 드라이브를 위한 유체 연결부의 개략도이다.
예시적인 설계에서 다축 로봇으로서 도 1 에 순수하게 개략적으로 도시된 액추에이터 장치 (1) 는, 좀 더 자세하게 도시되지 않은 방식으로 머신 샵의 바닥에 또는 작동 테이블 상에 부착하도록 설계된 베이스 (2) 를 포함한다. 또한, 액추에이터 어셈블리 (1) 는, 베이스 (2) 상에 회전가능하게 장착된 로터리 컬럼 (3) 을 포함하며, 그럼으로써, 베이스 (2) 에서, 좀 더 자세하게 도시되지 않은, 회전 운동을 개시하기 위한 드라이브는 로터리 컬럼 (3) 상에 배치되어서, 로터리 컬럼 (3) 은 선회 축선 (4) 을 중심으로 회전 운동을 수행할 수 있다.
로터리 컬럼 (3) 의 상부에는 드라이브 하우징 (5) 이 장착되고, 이 안에는 도 2 및 도 3 에 더 자세하게 도시된 드라이브 (6) 가 수용되는데, 이 드라이브는, 드라이브 하우징 (5) 내에서 액추에이터 하우징 (7) 과 회전불가능하게 고정되고, 액추에이터 하우징 (7) 에 대해서 회전가능하게 장착된 드라이브 샤프트 (8) 를 갖는다. 드라이브 샤프트 (8) 는 이어서 제 1 아암 섹션 (9) 에 회전불가능하게 연결되어서, 회전 축선 (10) 을 중심으로 하는 드라이브 샤프트 (8) 의 회전 운동 동안에, 드라이브 하우징 (5) 에 대한 제 1 아암 섹션 (9) 의 선회 운동이 발생한다. 드라이브 하우징 (5) 에 대향하는 제 1 아암 섹션 (9) 의 단부 섹션에는, 더 상세하게 도시되지 않은 방식으로 드라이브 (6) 가 안에 수용되는 제 2 드라이브 하우징 (11) 이 고정 장착된다. 드라이브 하우징 (11) 에 수용된 드라이브 (6) 의 드라이브 샤프트 (8) 는 제 2 아암 섹션 (12) 과 회전불가능하게 연결되며, 그럼으로써 드라이브 (6) 는 제 2 회전 축선 (15) 을 중심으로 하는 드라이브 샤프트 (8) 의 선회 운동에 의해 제 1 아암 섹션 (9) 에 대한 제 2 아암 섹션 (12) 의 회전 운동을 유발할 수 있다.
순전히 예시적으로, 드라이브 하우징 (11) 에 대향하는 제 2 아암 섹션 (12) 의 단부 섹션 상에는 평행 그리퍼 (16) 가 배치되고, 이의 도움으로, 상세히 도시되지 않은 물체들은, 회전 축선 (10 및 15) 및 선회 축선 (4) 을 중심으로 하는 회전 운동 및 선회 운동을 수행함으로써 이들을 액추에이터 장치 (1) 와 공간적으로 재배치하기 위해 파지될 수 있다.
예로서, 동일한 드라이브 (6) 가 도 2 및 도 3 에 보다 상세히 도시된 바와 같이 드라이브 하우징 (5) 및 드라이브 하우징 (11) 에 수용된다. 드라이브 (6) 는 공압 스위블 드라이브를 순전히 예시적으로 구성할 수 있으며, 이의 드라이브 샤프트 (8) 는 특히 180도보다 큰 선회-각도 범위 (미도시) 내에서 액추에이터 하우징 (7) 에 대해 회전 축선 (10) 을 중심으로 선회 운동을 수행할 수 있다. 바람직하게는, 액추에이터 하우징 (7) 은 회전 축선 (10) 에 대해 회전 대칭으로 형성되며, 작동 섹션 (1), 이하 더 상세히 설명되는 베이스 섹션 (17) 을 포함한다.
도 2 의 도시에 따르면, 액추에이터 하우징 (7) 에 인접한 축방향으로 채널 섹션 (19) 이 배치되는데, 이는 이하에 더 상세히 설명되고 대칭 평면 (21) 에 대해 거울-반전되어 배치된 밸브 하우징 (22, 23) 을 지지하고 또한 도 3 에 따르면 채널 섹션 (19) 상에 고정되는 분배 플레이트 (20) 에 연결되고 분배 블록으로서 또한 언급된다.
도 3 의 분해도로부터 알 수 있는 바와 같이, 드라이브 (6) 의 전술한 조립체들의 각각은 이하에서 보다 상세하게 설명되는 복수의 서브 조립체들로 다시 분할된다.
순전히 예시적으로 스위블 드라이브 (로터리 드라이브) 로서 구현된 드라이브 (6) 는 액추에이터 하우징 (7) 에 추가하여 베이스 섹션 (17) 및 작동 섹션 (18) 으로 형성된 드라이브 샤프트 (8) 를 포함한다. 드라이브 샤프트 (8) 는 회전 축선 (10) 과 동축이며, 베이스 섹션 (17) 및 작동 섹션 (18) 에서 개략적으로 도시된 볼 베어링 (24, 25) 으로 회전가능하게 지지된다.
작동 섹션 (18) 의 원통형 내벽 (도 3 에서는 보이지 않음), 작동 섹션 (18) 의 인접하고 또한 보이지 않는 환형의 전방 표면 및 베이스 섹션 (17) 의 환형 단부 면 (26) 은 원통형 작동 공간 (27) 을 한정한다. 작동 공간 (27) 은, 회전 축선 (10) 을 따라 고정되어 연장되고 드라이브 샤프트 (8) 에 회전불가능하게 고정되는 로터리 베인 (28), 및 회전 축선 (10) 을 따라 고정되어 연장되고 작동 섹션 (18) 에서 더 상세하게 도시되지 않은 방식으로 고정되는 밀봉 요소 (29) 에 의해, 제 1 서브 공간 (30) 및 제 2 서브 공간 (31) 으로 분할된다.
예로서, 스트립형 밀봉 요소 (29) 는 도 3 에서는 볼 수 없는 작동 섹션 (18) 의 원통형 내부 표면과 로터리 베인 (28) 의 원통형 외부 표면 (32) 양자에서 밀봉적으로 맞닿고, 로터리 베인 (28) 과 관련하여, 회전 축선 (10) 을 중심으로 하는 드라이브 샤프트 (8) 의 선회 운동 동안에 제 1 서브 공간 (30) 과 제 2 서브 공간 (31) 간의 소망하는 밀봉을 항상 보장한다. 이를 위해, 선회 베인 (28) 의 특정되지 않은 축방향 단부 면으로부터 로터리 베인 (28) 의 반경방향 단부 면을 따라 선회 베인 (28) 의 대향 배치된 축방향 단부 면까지 연장하는 제 2 밀봉 요소 (33) 가 추가로 제공된다.
예로서, 드라이브 샤프트 (8) 는 일 단부 섹션에서 제 1 반경방향 보어 (34) 및 제 2 반경방향 보어 (35) 를 구비한다. 이 경우, 제 1 반경방향 보어 (34) 는 회전 축선에 대해 평행하게 정렬된, 더 상세하게 도시되지 않은 유체 보어를 통해 제 3 반경방향 보어 (36) 와 연결된다. 마찬가지로, 제 2 반경방향 보어 (35) 는 회전 축선 (10) 에 대해 평행하게 정렬된 유체 보어 (미도시) 를 통해 제 4 반경방향 보어 (37) 와 연결된다.
예를 들어, 베이스 섹션 (17) 은, 볼 베어링 (24) 을 수용하기 위해 제공되고 드라이브 샤프트 (8) 에 의해 관통되는, 순수하게 예시적으로 단차 보어로서 형성된 원통형 샤프트 리세스 (38) 에 의해 관통된다. 그렇지 않으면, 샤프트 리세스 (38) 는 각각의 반경방향 보어 (34, 35) 로의 또는 그로부터의 유체 공급을 위한 역할을 한다. 이 목적을 위해, 샤프트 리세스 (38) 는, 순수하게 예시적으로, 더 상세하게 도시되지 않은 2 개의 환형 채널들을 포함하며, 이 환형 채널들은 예를 들어 유체 호스가 연결될 수 있는 베이스 섹션 (17) 의 단부 면 (40) 상에 배치된, 도 3 의 도시에서는 볼 수 없는 연결 보어에 각각 전방에서 연결된다. 이는 드라이브 샤프트 (8) 내로의 유체 공급 및/또는 드라이브 샤프트 (8) 밖으로의 유체 배출을 허용한다.
드라이브 샤프트 (8) 의 반경방향 보어 (36 및 37) 와 서브 공간 (30 및 31) 간의 연결을 위해, 보다 상세히 도시되지 않은 또 다른 링 채널들이 채널 섹션 (19) 에 설계되는데, 이들은, 예를 들어, 채널 섹션 (19) 의 환형 전방 표면 (43) 에서 개방하는 축방향 채널들 (41, 42) 과 연결된다. 축방향 채널들 (41 및 42) 의 마우스 개구들로부터 기원하는, 각각 반경방향으로 형성된 공급 채널들 (45, 46) 은, 밸브 하우징 (22, 23) 의 수용 샤프트 (47, 48) 에 대한 연결을 생성시킬 수 있게 하는 분배 플레이트 (20) 의 하부 섹션 (44) 에 분포된다. 여기서, 수용 샤프트들 (47, 48) 은 아래에서 보다 상세하게 설명되는 2 개의 밸브 모듈 (50) 각각을 수용하기 위해 그리고 각각의 밸브 하우징 (22, 23) 을 위한 입력 포트들로서 이중 기능으로 작용한다.
예로서, 2 개의 밸브 하우징 (22, 23) 은, 회전 축선 (10) 을 따라 적어도 실질적으로 일정한 프로파일을 갖는 프로파일 부품으로서 형성되고, 예를 들어 플라스틱 사출 성형 부품으로서 또는 금속 또는 플라스틱 분말로부터의 레이저 소결 부품으로서 제조될 수 있다. 도 3 에서 볼 수 없는 축방향 단부 섹션에서, 2 개의 밸브 하우징 (22, 23) 각각은 도 3 에서는 볼 수 없는 보어들에 의해 관통되는 베이스 섹션을 구비한다. 이 보어들은 밸브 모듈 (50) 의 전기적 접촉 핀 (49) 의 밸브 모듈 (50) 의 삽입에 의해 관통된다. 예를 들어, 접촉 핀 (49) 의 영역에 있는 밸브 모듈 (50) 이 보다 상세히 도시되지 않은 밀봉 수단과 관련되어, 2 개의 밸브 하우징 (22, 23) 은 밸브 모듈 (50) 의 삽입 후에 단부에서 밀봉된다. 접촉 핀 (49) 은 원형 링 섹션의 형태의 접촉 플레이트 (51) 에 연결되고, 결국 2 개의 밸브 모듈 (50) 의 전기적 제어에 사용되는 전자 회로 (보다 상세히 도시되지 않음) 가 배치되는 예를 들어 분배 플레이트 (20) 위에 축방향으로 배치되는 제어 보드 (보다 상세히 도시되지 않음) 에 케이블 연결부 (보다 상세히 도시되지 않음) 에 의해 연결된다. 예를 들어, 각각의 밸브 하우징 (22, 23) 은, 케이블 연결부 (보다 상세히 도시되지 않음) 가 안내될 수 있고 분배 플레이트 (20) 의 케이블 피스쓰루 (96) 가 연결되는 축방향으로 연속적인 케이블 덕트 (57, 58) 와 연관된다. 밸브 모듈 (50) 이 내부에 수용된 밸브 하우징 (22, 23)은, 분배 플레이트 (20) 와 함께, 밸브 장치 (39) 를 형성하며, 이의 필수 부품들은 도 4 에 도시되어 있다.
도 5 의 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 밸브 모듈 (50) 은 카트리지와 같이 형성되며, 예를 들어 상호 독립적으로 전자적으로 제어될 수 있는 2 개의 피에조 벤더들이 밸브 모듈 (50) 의 실질적으로 직육면체 형상의 하우징 (53) 에 배치되며, 각각은 밸브 부재 (보다 상세히 도시되지 않음) 를 지지한다. 접촉 핀 (49) 에 대향하는 밸브 모듈 (50) 의 일 단부 섹션에는, 2 개의 순수한 예시적인 유체 포트들 (54, 55) 이 원통형 설계로 형성되는데, 이들은 하우징 (53) 내에 설계된 유체 채널들 (보다 상세히 도시되지 않음) 의 마우스 개구들이다. 각각의 유체 채널은, 입구 개구 (56) 와 유체 포트 (54, 55) 사이의 연결을 선택적으로 확립하거나 차단하기 위해, 하우징에 측방향으로 배치된 입구 개구에 대향하여 배치된 각각의 밸브 부재 (보다 상세히 도시되지 않음) 에 의해 개방되거나 폐쇄될 수 있고, 그럼으로써 밸브 모듈 (50) 을 위한 밸브 기능이 달성된다.
도 2 및 도 4 에 도시된 밸브 모듈 (50) 의 실시형태에서는, 쌍방의 유체 포트들 (54, 55) 이 각각의 밸브 부재의 개방 위치에서 입구 개구 (56) 와 연결되어서, 입구 개구 (56) 에서 우세한 각각의 유체 압력이 쌍방의 유체 포트들 (54, 55) 에 적용된다. 따라서, 각각의 밸브 부재의 동기식 또는 비동기식 제어에 의해, 밸브 모듈 (50) 을 통해 유동할 수 있는 유체 유동의 배가가 달성될 수 있다.
순전히 예로서, 도 3 및 도 4 에 도시된 각각의 밸브 하우징 (22, 23) 에서 2 개의 밸브 모듈 (50) 이 각각의 경우에 수용되고, 각각의 수용 샤프트 (47, 48) 는 각각의 케이블 샤프트 (57) 에 의해 각각 2 개의 밸브 샤프트 (59, 60 및 61, 62) 로 분할되며, 이는 밸브 하우징 (22, 23) 의 부가적인 기계적 보강에 기여한다.
예로서, 2 개의 밸브 하우징 (22, 23) 내의 모든 밸브 모듈들 (50) 은 드라이브 (6) 의 선회 운동을 위한 회전 방향의 반전을 불러일으키기 위해 각각 동기식으로 스위칭된다. 대안적으로는, 모든 밸브 모듈들 (50) 이 잠금 위치로 스위칭되어서, 유체가 드라이브 (6) 의 2 개의 서브 공간 (30, 31) 에 둘러싸여져서, 드라이브 샤프트 (8) 의 적어도 실질적인 고정이 일어난다.
도 3 및 도 4 의 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각의 밸브 하우징 (22, 23) 은, 액추에이터 하우징 (7) 을 향하고 오목한 형상을 갖는 제 1 벽 섹션 (83) 및 액추에이터 하우징 (7) 으로부터 멀어지는 쪽을 향하고 볼록한 형상을 갖는 제 2 벽 섹션 (84) 을 갖는다. 예로서, 제 1 벽 섹션 (83) 은 원호 섹션으로 형성되고 회전 축선 (10) 에 대해 동축으로 배향된다. 예로서, 제 2 벽 섹션 (84) 은 원호 섹션으로 형성되고 회전 축선 (10) 에 대해 동축으로 정렬된다. 결과적으로, 액추에이터 하우징 (7) 상에서의 2 개의 밸브 하우징 (22, 23) 의 원하는 콤팩트한 배치가 가능해진다.
도 4 에 도시된 분배 플레이트 (20) 는, 예를 들어 평면-평행 플레이트 (63) 로서 설계된 하부 부분 (44) 이외에, 단지 예시적으로 평면-평행 플레이트로서 설계된 상부 부분 (65) 을 포함한다. 또한, 밀봉 요소 (67) 는, 평면-평행 플레이트 (63) 의 상부측 (66) 과, 평면-평행 플레이트 (63) 의 상부 표면 (66) 에서 상응하게 형성된 홈 배열체 (68) 내에 수용되는 상부 부분 (65) 의 하부측 (보다 상세하게는 도시되지 않음) 사이의 유체 밀봉을 위해 제공된다.
도 6 의 개략적인 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 각각 2/2-웨이 밸브로서 설계된 총 4 개의 밸브 모듈들 (50) 이 순전히 예시적으로 스위블 드라이브로서 설계된 드라이브 (6) 에 할당되고, 그럼으로써, 도 6 의 예시에서는, 예를 들어 상호 독립적으로 제어될 수 있고 각각의 밸브 모듈 (50) 을 통한 유체 유동의 배가를 위해 상호 동기식으로 또는 비동기식으로 제어될 수 있는 피에조 벤더를 각각의 밸브 모듈 (50) 이 구비하는 것이 무시된다. 각각의 밸브 모듈 (50) 은 각각 밸브 하우징 (22 및 23) 내에 쌍으로 수용된다.
또한, 예를 들어, 밸브 하우징 (22) 에 수용된 밸브 모듈들 (50) 은 각각 공급 공기 밸브로서 사용되는 한편, 밸브 하우징 (23) 에 배치된 밸브 모듈들 (50) 은 배기 공기 밸브로서 사용된다.
예로서, 밸브 하우징 (22) 의 수용 샤프트 (47) 는 분배 플레이트 (20) 에 형성된 입력 포트 (69) 에 의해 공급 채널 (45) 과 연결되고, 이 공급 채널은 드라이브 샤프트 (8) 의 순수하게 개략적인 유체 보어 (71) 에 연결되고, 이 유체 보어는 유체 소스 (73) 와 연결된다. 따라서, 밸브 하우징 (22) 의 수용 샤프트 (47) 는 유체 소스 (73) 에 의해 제공되는 가압 유체를 공급받을 수 있다.
예를 들어, 밸브 하우징 (23) 의 밸브 샤프트 (48) 는, 개략적으로만 도시된 드라이브 샤프트 (8) 의 유체 보어 (72) 를 통해 머플러 (74) 와 연결되는 분배 플레이트 (20) 에 형성된 출력 포트 (70) 에 의해 공급 채널 (46) 과 연결된다. 따라서, 밸브 하우징 (23) 의 수용 샤프트 (48) 로부터의 유체의 유출은 밸브 하우징 (23) 에 수용된 밸브 모듈들 (50) 중의 적어도 하나를 적절히 제어함으로써 가능해진다.
또한, 각각의 밸브 모듈 (50) 은 유체 포트들 (75, 76 또는 77, 78) 을 통해 엄격하게 개략적으로 도시된 분배 플레이트 (20) 와 연결된다. 분배 플레이트 (20) 에 형성된 유체 채널 (79, 80) 은 드라이브 (6) 의 유체 포트 (75 내지 78) 와 작동 포트 (81, 82) 사이의 유체 결합을 보장한다.
Claims (10)
- 운동을 제공하는 액추에이터 장치로서,
상기 액추에이터 장치는, 유체 흐름을 회전 축선을 중심으로 하는 회전 운동으로 변환하도록 설계되고 액추에이터 하우징을 포함하는 드라이브 (drive) 를 갖고, 상기 액추에이터 하우징의 외부 표면은 상기 회전 축선을 따라 만곡된 프로파일을 갖고서 연장되고 또한 상기 액추에이터 하우징은 작동 공간을 한정하고, 상기 작동 공간 내에는 상기 액추에이터 하우징의 전방 표면을 관통하는 상기 회전 축선과 동축으로 배치되는 드라이브 샤프트를 포함하는 작동 요소가 회전가능하게 수용되고, 상기 액추에이터 하우징은 상기 작동 공간을 밸브 장치에 연결하도록 설계되는 작동 포트에 의해 관통되고, 상기 액추에이터 장치는 상기 작동 포트에 유체 흐름을 제공하도록 설계되는 밸브 장치를 갖고,
상기 밸브 장치는 밸브 하우징의 밸브 샤프트에 수용되는 밸브 모듈을 포함하고, 상기 밸브 모듈은 유체 포트를 갖고, 상기 밸브 하우징은 상기 회전 축선을 따라 원형 링 섹션의 형태의 프로파일을 갖고서 연장되는, 액추에이터 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 밸브 하우징은 상기 액추에이터 하우징을 향하는 오목한 프로파일의 제 1 벽 섹션 및 상기 액추에이터 하우징으로부터 멀어지는 쪽을 향하는 볼록한 프로파일의 제 2 벽 섹션을 갖는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치. - 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 벽 섹션 및 상기 제 2 벽 섹션 중의 적어도 하나는 원호 섹션의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 액추에이터 하우징은 제 1 작동 포트 및 제 2 작동 포트를 갖고, 상기 밸브 하우징은 제 1 밸브 모듈이 내부에 수용된 제 1 밸브 샤프트 및 제 2 밸브 모듈이 내부에 수용된 제 2 밸브 샤프트를 포함하고, 상기 제 1 밸브 모듈은 그와 관련하여 상기 제 1 작동 포트에 연결된 제 1 유체 포트를 갖고, 상기 제 2 밸브 모듈은 그와 관련하여 상기 제 2 작동 포트에 연결된 제 2 유체 포트를 갖는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 밸브 하우징 내에 수용된 상기 제 1 밸브 모듈의 상기 제 1 유체 포트는 제 3 밸브 모듈의 제 3 출력 포트와 연결되고, 상기 제 2 밸브 모듈의 상기 제 2 유체 포트는 제 4 밸브 모듈의 제 4 출력 포트와 연결되고, 상기 제 3 밸브 모듈 및 상기 제 4 밸브 모듈은 제 2 밸브 하우징의 제 3 밸브 샤프트 및 제 4 밸브 샤프트 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치. - 제 1 항에 있어서,
2 개의 작동 포트들은 상기 액추에이터 하우징의 축방향 표면 상에 정렬되고, 각각의 밸브 모듈들의 유체 포트들은 상기 밸브 하우징의 축방향 표면 상에 정렬되고, 상기 작동 포트들 및 상기 유체 포트들은 각각 상기 액추에이터 하우징 및 상기 밸브 하우징의 축방향 표면들에 접하는 분배 플레이트에 형성된 유체 채널들과 연결되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치. - 제 6 항에 있어서,
밸브 하우징들은 각각의 경우에 상기 분배 플레이트의 대향 축방향 표면 상의 축방향 표면과 접하고, 상기 밸브 하우징들을 고정하기 위한 분배 플레이트가 상기 액추에이터 하우징 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 분배 플레이트 또는 상기 분배 플레이트과 관련된 분배 블럭은 상기 분배 플레이트에 형성된 공급 채널과 연결되는 환형 채널이 원주 내벽 상에 제공되는 중앙 배치된 샤프트 리세스를 갖고, 상기 드라이브 샤프트는, 상기 환형 채널에 대향하여 배치된 하나의 반경방향 보어로 상기 드라이브 샤프트의 단부 섹션에 의해 분리되어 개방된 유체 보어에 의해 상기 회전 축선을 따라 관통되어 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 작동 요소는 로터리 베인으로서 설계되고, 또한 상기 작동 요소는 상기 작동 공간 내에 고정되어 있는 상기 회전 축선을 따라 연장하는 밀봉 요소와 관련하여 상기 작동 공간을 제 1 부분 공간 및 제 2 부분 공간으로 분할하고, 그럼으로써 상기 제 1 부분 공간 및 상기 제 2 부분 공간에 작동 포트가 할당되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 드라이브는 선회하는 배열체의 제 2 아암 섹션에 제 1 아암 섹션을 선회가능하게 결합시키기 위한 힌지로서 설계되는 것을 특징으로 하는 액추에이터 장치.
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