KR19990023670A

KR19990023670A - 전기 유동 유체를 이용한 밸브 및 충격 흡수 장치

Info

Publication number: KR19990023670A
Application number: KR1019980033442A
Authority: KR
Inventors: 에크하르트 벤트; 클라우스 뷔징; 호스트 쉐르크; 호스트 로젠펠트
Original assignee: 에크하르트; 칼 쉔크 아게; 미호스트; 바이엘 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1997-08-19
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 1999-03-25
Also published as: JPH11125296A; ES2241080T3; US20010054529A1; EP0898093A1; EP0898093B1; DE59812706D1; DE19735898A1

Abstract

본 발명의 밸브 및 충격 흡수 장치는 전기 유동 유체를 이용하고, 2개의 챔버 사이에서 경계면들이 전기 전도성 물질로 구성되며 서로간에 절연되어 있는 밸브 틈새를 포함하고, 전압 단자 각각이 경계면들 중 하나에 연결될 수 있는 고전압원을 포함하며, 상기 밸브 틈새가 꾸불꾸불한 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

전기 유동 유체를 이용한 밸브 및 충격 흡수 장치

전기 유동 유체 밸브는 2개의 축전기 판에 의해 형성된 틈새를 통과하는 유체의 유동성 및 축전기 판들 사이에서 우세한 전기장에 의해 영향을 받는 유체의 점성에 영향을 미치는 원리에 근거하고 있으므로 유체 유동 저항은 틈새에 의해 변화한다.

이러한 밸브는 특히 능동 충격 흡수 장치 및 댐핑 베어링의 형태로 사용된다(미국 특허 제2,661,596호 및 제4,880,216호 참조). 여기서, 능동이라는 것은 이런 형식의 충격 흡수 장치 및 베어링의 댐핑 작용이 순간적으로 우세한 운동 상태에 근거하고 운동 센서를 통하여 축전기 판(밸브 틈새) 사이에서 발생되는 전기장을 제어함으로써 제어될 수 있다는 의미이다.

절환률은 전기장의 영향으로 전달되는 전단응력(τ_E)과 전기장의 영향 없이 전달되는 전단응력(τ_o) 사이의 관계를 의미한다. 그것은 기본 응력(τ_o)에 대한 전달될 수 있는 부가 전단응력(τ_E)의 비로 정의된다.

지금까지 얻을 수 있었던 절환률로는 유압 장치, 충격 흡수 장치, 댐핑 베어링에서 전기 유동 밸브를 광범위하게 사용할 수 없었다.

본 발명의 목적은 절환률에 있어 많은 증가를 보이고, 또한 간단한 구조로 인하여 다양한 용도에 적합한 상기 형태의 밸브를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 충격 흡수 장치의 종 단면도.

도2는 본 발명에 따른 충격 흡수 장치의 단면도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 하우징 2 : 피스톤

3 : 피스톤 로드 5, 6 : 챔버

20 : 밸브 틈새 21 : 외측 밸브 경계면

22 : 내측 밸브 경계면 25 : 절연체

31, 32 : 돌기

본 발명은 밸브 틈새를 통해 적어도 하나의 제2 챔버에 연결되는 적어도 하나의 제1 챔버를 포함하며, 상기 챔버와 틈새가 전기 유동 유체로 채워져 있고, 상기 밸브 틈새의 경계면들이 전기 전도성 물질로 구성되고 서로간에 전기적으로 절연되어 있고, 전압 단자 각각이 경계면들 중 하나에 연결될 수 있는 고전압원을 포함하며, 상기 밸브 틈새가 꾸불꾸불한 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 유동 유체 밸브에 관한 것이다.

밸브 틈새는 밸브 틈새를 통과하는 유동 방향이 직선이고 유동 방향을 교차하는 밸브 단면이 꾸불꾸불한 형상을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 밸브 틈새의 형상으로 인하여, 작은 틈새 폭에 대해 상대적으로 큰 유동 단면을 만들 수 있고 그로 인하여 높은 절환률을 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 밸브는 제1 및 제2 챔버와 실린더 축에 평행하게 밸브 틈새가 없는 상태에 있는 동안 챔버의 분할을 위한 붙박이 부품을 포함하는 원통형 하우징으로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 밸브 틈새의 폭, 즉 밸브 틈새의 2개의 전도성 경계면 사이의 공간이 1 mm 미만일 수 있고, 되도록이면 0.6 mm 미만이 바람직하다. 밸브 틈새는 밸브 차단 필요 전압이 1 kV 내지 3 kV 내에서 유지될 수 있도록 0.2 mm 내지 0.5 mm 사이에 있는 것이 특히 바람직하다.

유동 방향으로의 밸브 틈새의 연장부 즉, 틈새 길이는 틈새 폭의 20에서 200배까지 될 수 있다.

본 발명에 따른 꾸불꾸불한 형상의 밸브 틈새 단면으로 인하여, 틈새의 양 측면에 마련된 챔버의 단면적을 비교적 작게 유지하면서 매우 큰 틈새의 연장부를 얻을 수 있다. 이 점에서, 유동 방향을 교차하는 틈새의 연장부는 틈새 길이의 2 내지 50배, 바람직하게는 200 내지 3000배로 될 수 있다. 따라서 수 cm², 특히 1 내지 5 cm²의 밸브 틈새를 관통하는 자유 유동 단면을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명은, 챔버의 분할을 위한 붙박이 부품이 원통형 하우징에서 축 방향으로 변위 가능한 피스톤 형태로 구성되어 있고, 상기 피스톤이 꾸불꾸불한 형상의 밸브 틈새를 포함하고 축 방향 피스톤 로드에 부착되어 있고, 상기 피스톤 로드가 하우징 외부로 돌출된 충격 흡수 장치 형태의 밸브에 관한 것이다.

본 발명에 따른 용도에 적합한 전기 유동 유체는 소수성, 전기 비전도성 오일에 미세하게 분리된 친수성 입자들의 분산물(이런 것들은 일반적으로 전기적으로 분극할 수 있는 비전도성 입자들의 콜로이드 성상의 현탁액임)이며, 그 유동 한계는 신속하고 가역적으로 변하며 충분히 강한 자장 세기를 갖는 전기장의 영향 하에서는 일정 환경에서 수십배 변한다. 전기장의 영향하에서, 전기 유동 유체는 유체 상태의 집합물로부터 플라스틱 상태의 집합물을 거쳐, 고체 상태의 집합물로 변화한다. 적절한 전기 유동 유체의 예가 독일 특허 공개 제3 517 281 A1호, 제3 536 934 A1호, 제3 941 232 A1호, 제4 026 881 A1호, 제4 131 142 A1호 및 제4 119 670 A1호에 개시되어 있다.

본 발명에 대하여 충격 흡수 장치의 일례를 도시한 첨부 도면인 도1 및 도2를 참조하여 상세히 설명한다.

도1에 도시된 충격 흡수 장치는 피스톤 로드(3)에 부착되고 인입 관통부(4)를 거쳐 하우징(1) 외부로 돌출되어 있는 축 방향으로 변위 가능한 피스톤(2)을 포함하고 있는 원통형 하우징(1)으로 구성되어 있다. 피스톤(2)은 전기 점성 유체로 채워진 2개의 챔버(5 및 6)를 구획한다. 또한, 전기 유동 유체 부피의 열 변화를 보상하기 위해 압축 공기 챔버(7)가 마련된다. 밸브 틈새(20)는 피스톤(2)을 관통하고, 접지된 하우징(1)과 접촉하고 있는 외측 밸브 틈새 경계면(21)은 전도성 물질로 구성되어 있다. 내측 밸브 틈새 경계면(22)도 마찬가지로 전도성 물질로 구성되어 있고, 피스톤 로드(3)를 통해 인입된 고전압 도선(24)과 연결되어 있다. 피스톤 로드(3)는 절연층(25)에 의해 피스톤(2)으로부터 절연되어 있다. 또한, 외측 및 내측 경계면(21 및 22)은 절연체(25)에 의해 기계적으로 결합되어 있다. 피스톤 부품(21 및 22)을 결합시키는 절연판(25)을 관통하는 다수의 구멍으로 전기 유동 유체가 유입되고 밸브 틈새(20)로부터 유출될 수 있다.

도2는 도1에 도시된 피스톤(2)의 단면 A-A를 도시한 것이다. 동일한 참조 부호는 도1의 동일 부품을 지시한다. 도면을 단순화하기 위하여, 밸브 틈새(20)는 꾸불꾸불한 형상의 진한 실선으로 도시되어 있다. 내측 및 외측의 전극(21 및 22) 각각은, 제작 기술상의 이유로 서로 평행이고 밸브 틈새(20)가 없는 상태에 있는 동안 체결되는 다수의 돌기(31 및 32)를 포함하고 있다. 본 발명에 따르면, 돌기(31 및 32)가 방사상으로 배치되는 것도 물론 가능하다.

본 발명에 따른 밸브 틈새의 형상으로 인하여, 작은 틈새 폭에 대해 상대적으로 큰 유동 단면을 만들 수 있고 그로 인하여 높은 절환률을 얻을 수 있다.

Claims

밸브 틈새를 통하여 적어도 하나의 제2 챔버에 연결되는 적어도 하나의 제1 챔버를 포함하며, 상기 챔버 및 틈새가 전기 유동 유체로 채워지고, 상기 밸브 틈새의 경계면들이 전기 전도성 물질로 구성되고 서로간에 전기적으로 절연되어 있고, 전압 단자 각각이 경계면들 중 하나에 연결될 수 있도록 된 고전압원을 포함하는 전기 유동 유체 밸브에 있어서,

상기 밸브 틈새가 꾸불꾸불한 형상의 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 전기 유동 유체 밸브.
제1항에 있어서, 한 챔버에서 다른 챔버로의 유동 방향을 교차하는 밸브 틈새 단면이 꾸불꾸불한 형상으로 된 것을 특징으로 하는 전기 유동 유체 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 및 제2 챔버와 실린더 축에 평행하게 밸브 틈새가 없는 상태에 있는 동안 챔버의 분할을 위한 붙박이 부품을 포함하는 원통형 하우징으로 구성된 것을 특징으로 하는 전기 유동 유체 밸브.
제3항에 있어서, 밸브 틈새가 꾸불꾸불한 형상의 환상 틈새 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 전기 유동 유체 밸브.
제1항 내지 제4항중 한 항에 있어서, 틈새 길이에 대한 틈새 폭의 비가 1/20 내지 1/200인 것을 특징으로 하는 전기 유동 유체 밸브.
제1항 내지 제5항중 한 항에 있어서, 틈새 길이에 대한 유동 방향을 교차하는 틈새 연장부의 비는 3 내지 50, 바람직하게는 10 내지 20인 것을 특징으로 하는 전기 유동 유체 밸브.
제3항 내지 제5항중 한 항에 있어서, 상기 밸브가 충격 흡수 장치 형태이며, 챔버의 분할을 위한 붙박이 부품이 밸브 틈새를 포함하고 원통형 하우징 내에서 축 방향 변위 가능한 피스톤의 형상으로 구성되어 있고, 상기 피스톤이 축 방향의 피스톤 로드에 부착되어 있고 이 피스톤 로드가 하우징의 외부로 돌출된 것을 특징으로 하는 전기 유동 유체 밸브.