KR20010013329A - 유압 시스템의 압력 스위치용 액츄에이터 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유압 액츄에이터에 관한 것이다. 액츄에이터 동체는 입구(14), 출구(16), 충반한 격판 탱크(22)와 통하는 포트(22), 압력 스위치와 통하는 포트(20)를 포함한다. 액츄에이터 동체는 움직임 부재(30)를 포함하고, 상기 움직임 부재(30)는 제 1 위치에서 입구 포트를 밀폐시키고, 압력 스위치 포트와 통하는 유체를 제공한다. 제 2 위치에서 움직임 부재(30)는 입구 포트를 개방하고, 압력 스위치 포트를 밀폐시킨다. 스프링은 제 1 위치를 향해 움직임 부재를 밀어내기 위해 액츄에이터 동체 내에 배치된다. 발명은 공지 기술에서 보여주는 것과 같은 다중 스프링에 대한 요구를 제거하고, 움직임 부재를 이동시키기 위한 유압 정역학적 힘의 차이에 대한 필요성을 제거시킨다.

Description

유압 시스템의 압력 스위치용 액츄에이터 밸브{ACTUATOR VALVE FOR PRESSURE SWITCH FOR A HYDRAULIC SYSTEM}

전기로 작동하는 펌프는 우물로부터 물을 공급하고 상수도의 압력을 올리는 데 사용된다. 이러한 펌프는 압력 감지 스위치의 제어를 바탕으로 전기 모터에 의해 작동한다. 일부 공지 기술의 시스템은 물로 채워진 물탱크를 유지함으로서 작동한다. 이러한 시스템에서, 압력이 낮게 설정된 값 이하로 떨어질 경우 펌프 모터가 작동하고, 압력이 높게 설정된 값 이상으로 올라갈 경우 작동하지 않는다. 이러한 시스템에서 전기 모터용 효율 사이클은 매우 높고, 작동과 멈춤을 반복한다.

물이 필요할 때 펌프가 작동하고 물이 필요하지 않을 때 펌프가 작동하지 않는 또다른 시스템이 공지되어 있다. 미국 특허 제 5,190,443 호와 5,509,787 호는 필요에 따라 펌프를 제어하는 액츄에이터에 관한 것이다. 이 두 특허에서, 유체 정역학적 힘과 유체동역학적 힘의 상호작용은 셔틀 부재를 움직이고, 상기 셔틀 부재는 통로를 선택적으로 개방하고 폐쇄하여, 펌프 모터 제어용 압력에 의해 활성화되는 스위치를 압력과 교류하게 한다. 미국 특허 제 3,871,792 호에서 설명되는 또다른 고안은 유압동역학적 힘과 스프링력을 조합하여, 펌프 모터 작동 스위치를 제어한다. 특히, '792 특허에서 설명되는 구조는 두 개의 스프링을 필요로하고, 한 스프링은 양판(poppet) 밸브의 움직임 부재를 제어하고, 다른 한 개의 스프링은 유동적인 격판의 움직임을 제어한다. 이 고안은 펌프 모터 제어를 위한 제 1, 제 2 내부 보조 통로에 의해 구체화된다.

본 출원은 현재 계류중인 1997년 6월 9일자 미국 특허 출원 제 60/049,234 호의 우선권을 주장하며, 상기 미국 특허 출원의 전체 내용을 참조로서 인용한다.

도 1은 압력 스위치와 함께하는 발명의 액츄에이터 밸브의 단면도.

도 2는 발명의 액츄에이터 밸브의 단면도.

도 3A, 3B, 3C, 그리고 3D는 다른 상태의 작동을 할 때 액츄에이터 밸브의 단면도.

도 4는 트래핑 압력을 제거하기 위한 수단을 포함하는 발명의 다른 실시예의 단면도.

한 측면에서, 발명의 유압 액츄에이터는 한 개의 액츄에이터 동체를 포함하고, 상기 액츄에이터 동체는 한 개의 입구, 한 개 이상의 출구, 충만한 격판 탱크와 통하는 한 개의 포트, 그리고 압력 스위치와 통하는 한 개의 포트를 가진다. 액츄에이터 동체는 움직임 부재를 포함하고, 상기 움직임 부재는 제 1 위치에서 입구 포트를 밀폐시키고, 압력 스위치 포트와의 유체 통로를 제공한다. 제 2 위치에서, 움직임 부재는 입구 포트를 개방하고, 압력 스위치 포트를 밀폐시킨다. 스프링은 액츄에이터 동체 내에 배열되어, 움직임 부재를 제 1 위치로 이끈다.

한 실시예에서, 상당한 과압을 방지하기 위하여 릴리프 밸브가 제공된다. 또하나의 실시예에서, 높은 압력의 유체가 트래핑되는 것을 방지하기 위하여 한 개의 밸브가 제공되고, 이는 상수도 시스템과 연결되어 모터의 작동을 방지시킨다.

먼저 도 1에서, 액츄에이터 시스템(10)은 액츄에이터 동체부(12)를 포함한다. 동체부(12)는 펌프(도시되지 않음)에 연결되는 입구 연결부(14)를 포함한다. 당 분야의 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 이해할 수 있겠지만, 펌프는 우물이나 상수도와 같은 수원에 연결된다. 액츄에이터 동체(12)는 출구 포트(16)를 또한 포함하고, 상기 출구 포트(16)로부터 수도꼭지(도시되지 않음) 등을 통해 물이 방출된다. 추가적인 출구 포트도 있을 수 있다. 압력 스위치 장치(18)는 한 개의 전기 스위치를 포함하고, 상기 전기 스위치를 닫으면 펌프가 작동하고, 상기 전기 스위치를 개방하면, 펌프는 작동하지 않는다. 압력 스위치 장치(18)는 포트(20)에 연결되고, 상기 포트(20)는 압력 스위치(18)와 교류한다. 포트(22)는 충만한 격판 탱크 장치(24)에 연결된다. 탱크 장치(24)는 외부 덮개(26)와 내부 격판(28)을 포함한다. 물은 격판(28)을 채우고, 상기 격판(28)은 물에 압력을 가하는 덮개(26)와 격판(28) 사이에 트래핑되는 공기를 밀어낸다.

액츄에이터 장치(10)는 도 2를 바탕으로 보다 상세히 기술된다. 액츄에이터 동체(12) 내에 배치되는 것은 움직임 부재(30)이고, 상기 움직임 부재(30)는 고정 지지체(32)를 따라 미끄럼 운동한다. 도면에서 도시되는 바와 같이, 움직임 부재(30)는 요홈부(32)에 안착하고, 정사각형의 O-링 씰(34)을 사용하여 밀폐되는 관계를 가진다. 지지 부재(32)는 이격되어 위치하는 정사각형 O-링 씰(36, 38)을 포함한다. 고정 지지체(32)는 축방향 통로(42)와 유체교류하는 횡방향 통로(40)를 포함한다. 축방향 통로(42)는 포트(20)와 통하여, 압력 스위치(18)에 연결된다(도 1).

본 발명의 액츄에이터(10)의 작동은 도 2 및 도 3A-D를 바탕으로 지금부터 기술될 것이다. 움직임 부재(30)가 요홈(32) 내에 완전히 안착할 때, 입구 포트(14)는 밀폐되고 포트(40)는 액츄에이터 동체(12) 내의 유체와 유체 교류한다. 이는 통로(40)가 O-링 씰 아래에 위치하여 밀폐되지 않기 때문이다. 그러므로, 압력 스위치는 통로(40, 42)를 통해 액츄에이터 동체(12) 내의 압력에 반응한다. 격판(28)은 물로 채워짐으로서 팽창되고, 덮개(26)와 격판(28) 사이의 공기에 의해 압축된다. 수도꼭지가 열리면, 물은 충만한 격판 탱크(24)로부터 출구 포트(16)를 통해 방출될 것이다. 물이 출구 포트(16)를 통해 흘러나감에 따라, 격판(28)의 체적이 작아지면서 압력도 감소할 것이다. 압력 감소는 밀폐되지 않은 통로(40)를 통해 압력 스위치(18)에 전달될 것이다. 압력 스위치(18)는 하한 압력 설정과 상한 압력 설정을 가지고, 상기 하한 설정 값 아래에서는 스위치가 펌프 모터를 활성화시키고, 상기 상한 설정값 위에서는 스위치가 펌프 모터를 작동시키지 않는다. 그러므로, 압력이 감소하면 펌프 모터가 활성화되어, 유체가 입구 포트(14)를 통해 흘러들어오게 한다. 펌프에 의해 발생되는 압력은 움직임 부재를 하향으로 미는 스프링(44)의 힘을 극복하여, 움직임 부재(30)를 요홈(32) 외부로 밀어낸다. 펌프의 영향으로 인해, 움직임 부재(30)는 도 3A와 3B에서 도시되는 바와 같이 상향으로 움직인다. 스프링(44)은 발명의 명확함을 위해 도 2와 도 3A-3D에는 도시되지 않는다. 입구 포트(14)를 통해 물이 유입됨으로서 생기는 유체 동역학적 힘은 스프링(44)의 힘에 반해 상향으로 움직임 부재를 유지시킨다. 그러므로, 물은 출구 포트(16)를 통해 흘러나갈 수 있다. 움직임 부재(30)가 도 3B에 표시되는 바와 같이 상향으로 이동한 위치에 있을 때, 횡방향 통로(40)가 O-링 씰(38) 아래에 위치하여, 통로(40)가 액츄에이터 동체(12)의 유체 압력 변화로부터 밀폐된다. 그러므로, 유체가 출구(16)를 통해 흘러나가는 한 펌프는 작동 상태를 유지할 것이다. 그러나, 수도꼭지가 잠궈지면, 출구 포트(16)를 통한 흐름은 정지될 것이다. 잠시동안, 흐름은 격판(28) 내로 포트(22)를 통해 유지될 것이다. 압력이 평형을 이루면, 흐름은 완전히 정지하여, 스프링에 대해 움직임 부재(30)를 개방하게 하는 유체 동역학적 힘이 더이상 존재하지 않을 것이다. 그리하여, 움직임 부재(30)는 도 3C에 도시되는 바와 같이 하향으로 움직이고, 최종적으로는 도 3D에 도시되는 바와 같이 하향으로 이동하여 요홈(32)에 안착할 것이다. 부재(30)가 도 3D에 도시되는 바와 같이 하향 위치에 있을 때, 통로(40)는 O-링 씰(38) 아래에 위치하여, 통로(40)는 밀폐되지 않고, 동체(12)의 압력을 감지할 것이다. 이 높은 압력은 펌프 모터를 차단시키는 압력 스위치(18)와 연결된다. 수도꼭지를 다시 한번 열면, 방금 기술한 공정이 반복되고, 유체가 출구(16)를 통해 흐르는 한 펌프 모터는 활성화되며, 모터의 비활성화가 중지된다.

도 4를 참조로 할 때, 액츄에이터(10)는 상수도에 연결되는 것을 특징으로 도 2의 실시예로부터 수정된다. 이러한 상황에서, 발명의 액츄에이터와 펌프는 이미 압력을 받고 있는 상수도 시스템을 분출하는 데 사용된다. 이러한 장치에서, 압력 스위치까지 연결되는 포트(20)의 압력은 펌프를 위한 하한 수준보다 높은 수준에서 트래핑되어, 펌프가 작동하지 않게 된다. 이 상황을 극복하기 위하여, 통로(50)가 제공되어, 액츄에이터 동체(12)의 내부와 통로(20) 사이가 연결되게 한다. U-컵 씰(52)이 제공되어, 통로(50)를 선택적으로 밀폐시킬 수 있다. 이러한 장치에서, 압력 스위치(18)에 연결되는 압력이 액츄에이터 내부 압력보다 높다면, 유동적인 U-컵 씰은 통로(50)를 개방하도록 편향시켜서, 압력이 평형을 이루게된다. 다른 한편으로, 액츄에이터 동체(12)의 압력이 압력 스위치(18)에 연결되는 통로(20) 내의 압력보다 크다면, U-컵은 도면에서와 같이 확장되어, 통로(50)를 막을 것이다.

도 2와 4에 또한 도시되는 것은 릴리프 밸브 장치(60)이다. 릴리프 밸브(60)는 선택된 고압에서 개방되도록 설정된 양판-형태(poppet-type)의 밸브이다. 밸브(60)가 개방되면, 높은 압력의 유체는 압력 스위치(18)와 연결되어, 펌프의 작동을 멈추게한다.

여기서 공개된 실시예들은 금속, 플라스틱, 그리고 둘의 조합과 같은 어떤 물질로도 제작될 수 있다. 여기서 공개된 실시예들은 유체 정역학적/유체 동역학적 원리에 따라 기존 공지 기술에 대해 여러 장점을 가진다. 미국 특허 제 5,509,787 호에서, 움직임 부재의 한 측부의 영역은 다른 한 측부의 영역보다 작아야 하기 때문에, 정역학적 힘이 움직임 부재(30)를 다시 안착시킬 수 있다. 본 발명에서 상기 영역은 동일하다. 왜냐하면, 스프링이 사용되어 움직임 부재(30)를 다시 안착시키기 때문이다. 미국 특허 제 3,871,792 호의 2중 스프링 고안과는 달리, 압력 스위치 제어를 제공하기 위해 본 발명에서는 1개의 스프링만이 필요하다. 본 발명에서, 스프링(44)은 고정 지지체(32)에서 움직임 부재(30)의 미끄럼 마찰을 극복하기 위해서만 필요하고, 또다른 스프링이 요구되지 않는다.

본 발명의 모든 수정과 변화는 첨부된 청구항의 범위 내에 포함될 것이다.

Claims (20)

1. 입구, 한 개 이상의 출구, 충만한 격판 탱크와 통하는 포트, 압력 스위치와 통하는 포트를 포함하는 액츄에이터 동체;

   상기 액츄에이터 동체는 움직임 부재를 포함하고, 상기 움직임 부재는 제 1 위치에서 입구 포트를 밀폐시키고 압력 스위치와 통하는 유체를 제공하며, 제 2 위치에서 입구 포트를 개방하고 압력 스위치 포트를 밀폐시키며;

   움직임 부재를 제 1 위치로 밀어내는 액츄에이터 동체 내에 배치되는 스프링;으로 이루어지는 유압 액츄에이터.
2. 제 1 항에 있어서, 움직임 부재의 미끄럼 작용을 지지하는 지지 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
3. 제 2 항에 있어서, 지지 부재는 축 통로와 유체 교류하는 횡방향 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
4. 제 3 항에 있어서, 축방향 통로는 압력 스위치와 통하는 포트와 연결되는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
5. 제 4 항에 있어서, 개방 위치에서 고압 유체를 압력 스위치에 연결시키는 릴리프 밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
6. 제 5 항에 있어서, 릴리프 밸브는 양판-형 밸브인 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
7. 제 6 항에 있어서, 릴리프 밸브는 미리 설정된 고압에서 개방되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
8. 제 1 항에 있어서, 개방 위치에서 고압 유체를 압력 스위치와 연결시키는 릴리프 밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
9. 제 8 항에 있어서, 릴리프 밸브는 미리 설정된 고압에서 개방되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
10. 입구, 한 개 이상의 출구, 충만한 격판 탱크와 통하는 포트, 압력 스위치와 통하는 포트, 그리고 액츄에이터 동체의 내부와 압력 스위치와 통하는 포트와 연결되는 통로를 포함하는 액츄에이터 동체;

    상기 액츄에이터 동체는 움직임 부재를 포함하고, 상기 움직임 부재는 제 1 위치에서 입구 포트를 밀폐시키고 압력 스위치와 통하는 유체를 제공하며, 제 2 위치에서 입구 포트를 개방하고 압력 스위치 포트를 밀폐시키며;

    제 1 위치로 움직임 부재를 밀어내는 액츄에이터 동체 내에 배치되는 스프링;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
11. 제 10 항에 있어서, 압력 스위치와 통하는 포트의 트래핑 압력을 낮추기 위한 U-컵 씰을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 U-컵 씰은 통로를 선택적으로 밀폐하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
13. 제 10 항에 있어서, 움직임 부재의 미끄럼 작용을 지지하는 지지 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
14. 제 13 항에 있어서, 지지 부재는 축방향 통로와 유체 교류하는 횡방향 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
15. 제 14 항에 있어서, 축방향 통로는 압력 스위치와 통하는 포트와 연결되는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
16. 제 15 항에 있어서, 지지 부재는 이격되어 위치하는 다수의 씰을 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
17. 제 15 항에 있어서, 개방 위치에서, 고압 유체를 유압 스위치와 연결시키는 릴리프 밸브를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
18. 제 17 항에 있어서, 릴리프 밸브는 양판형 밸브인 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
19. 제 18 항에 있어서, 릴리프 밸브는 미리 선택된 고압에서 개방되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.
20. 제 10 항에 있어서, 개방 위치에서, 고압 유체를 압력 스위치와 통하게 하는 릴리프 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 액츄에이터.