KR20050114736A

KR20050114736A - 레이디얼 피스톤 펌프

Info

Publication number: KR20050114736A
Application number: KR1020057020617A
Authority: KR
Inventors: 마이클 비. 비숍
Original assignee: 액츄언트 코포레이션
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2004-04-14
Publication date: 2005-12-06
Also published as: CN1780986A; EP1627149A1; US20040219032A1; ATE537361T1; AU2004236655A1; JP2006525470A; ES2383552T3; EP1627149B1; CA2520920A1; WO2004099615B1; US6916158B2; MXPA05011576A; WO2004099615A1

Abstract

본 발명은 입구 매니폴드, 출구 매니폴드 및 입구 매니폴드와 출구 매니폴드 사이에 끼인 피스톤 링을 포함하는 피스톤 펌프에 관한 것이다. 입구 매니폴드는 제1 면과 제2 면을 구비하고, 이 제2 면 내에 하나 이상의 출구가 성형된다. 출구 매니폴드는 제1 면과 제2 면을 구비하고, 출구 매니폴드의 제1 면 내에 성형되는 하나 이상의 입구를 포함한다. 피스톤 링은 입구 면과 출구 면을 구비하는데, 피스톤 링은 상기 입구 매니폴드의 제2 면과 상기 출구 매니폴드의 제1 면 사이에 끼여 있고, 내부에 성형되는 하나 이상의 반경 방향으로 연장되는 실린더를 구비한다. 피스톤 링은 피스톤 링 내에 입구 면과 실린더 내에 성형되어 입구 매니폴드와 유체 연통 상태에 있는 입구 통로를 더 포함한다. 또한, 피스톤 링은 내부에 상기 실린더와 상기 배출 면 사이에 성형되어 출구 매니폴드의 입구와 유체 연통 상태에 있는 배출 통로도 구비한다. 피스톤은 왕복 운동을 위한 실린더 내에 배치되는데, 피스톤의 왕복 운동은 입구 통로를 통하여 유체를 실린더 안으로 유입시키고 배출 통로를 통하여 유체를 실린더 밖으로 배출시킨다.

Description

레이디얼 피스톤 펌프 {RADIAL PISTON PUMP}

본 발명은 일종의 레이디얼 피스톤 펌프에 관한 것인데, 여기서 편심형 로터는 피스톤이 반경 방향으로 연장되는 실린더 내에서 왕복 운동하도록 적용된다.

미국 특허 제5,509,347호, 제5,542,823호 및 제5,647,729호에 개시된 바와 같이, 알려진 레이디얼 피스톤 펌프는 케이싱에 의하여 둘러싸인 피스톤 링을 포함한다. 복수 개의 반경 방향으로 연장되는 실린더는 피스톤 내에 성형된다. 각 실린더는 편심형 로터에 의하여 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤을 수용한다. 유압 유체와 같은 유체는 유체 저장부(fluid reservoir)와 유체 연통(fluid communication)하는 상태에 있는 흡입 통로(intake passageway)를 통하여 각 실린더 안으로 유입된다. 유체는 실린더로부터 실린더의 반경 방향 외측 단부를 통하여 압력 밸브를 지나서, 피스톤 링과 케이싱 사이에 끼인 환형 부재와 피스톤 링의 반경 방향 외측 면 사이에 형성된 둘레의 통로(circumferential passageway) 내부로 배출된다. 둘레의 통로 내의 압축 유체는 피스톤 링 내에 성형된 반경 방향으로 안내되는 통로를 통하여 압력관(pressure line)을 위하여 축방향으로 연장되는 연결부로 흐른다.

전술한 레이디얼 피스톤 펌프는 충분하게 성능을 발휘한다. 그러나, 펌프를 서비스하려면, 케이싱을 제거하여 피스톤 링에 접근할 필요가 있다. 압력 밸브 중의 하나를 서비스할 필요가 있다면, 환형 부재도 역시 제거되어야 한다. 게다가, 보다 높은 용량의 펌프가 필요하다면, 추가적인 실린더 또는 보다 큰 실린더를 구비하는 다른 피스톤 링이 제공되어야 하며, 이는 펌프 공급자가 제공할 수 있는 펌프 용량의 범위를 제한하게 된다.

도 1은 본 발명을 구체화하는 레이디얼 피스톤 펌프의 측면 절취도이고,

도 2는 도 1의 펌프의 분해 사시도이며,

도 3은 도 2의 선 3-3을 따른 횡단면도이고,

도 4는 도 3의 선 4-4를 따른 횡단면도이며,

도 5는 도 1의 피스톤 링의 상면도이고,

도 6은 도 5의 선 6-6을 따른 횡단면도이며,

도 7은 도 6의 선 7-7을 따른 단면도이고,

도 8은 도 5의 선 8-8을 따른 횡단면도이며,

도 9는 도 1의 흡입 매니폴드의 저면도이고,

도 10은 도 9의 흡입 매니폴드의 상면도이며,

도 11은 도 10의 선 11-11을 따른 횡단면도이고,

도 12는 본 발명을 구체화하는 또다른 레이디얼 피스톤 펌프의 사시도이며,

도 13은 도 12의 펌프의 측면 절취도이고,

도 14는 도 12의 피스톤 링의 상면도이며,

도 15는 하나 보다 많은 피스톤 링을 구비하는 본 발명을 구체화하는 또다른 레이디얼 피스톤 펌프의 측면 절취도이고,

도 16은 한 개보다 많은 피스톤 링을 구비하는 본 발명을 구체화하는 또다른 레이디얼 피스톤 펌프의 측면 절취도이다.

본 발명은 입구 매니폴드, 출구 매니폴드 및 입구 매니폴드와 출구 매니폴드 사이에 끼인 피스톤 링을 포함하는 피스톤 펌프를 제공한다. 입구 매니폴드는 제1 면과 제2 면을 구비하며, 하나 이상의 출구가 제2 면에 형성된다. 출구 매니폴드는 제1 면과 제2 면을 구비하고, 출구 매니폴드의 제1 면에 형성되는 하나 이상의 입구를 포함한다. 피스톤 링은 입구 면(inlet face)과 배출 면(exhaust face)을 구비하는데, 여기서 피스톤 링은 상기 입구 매니폴드의 제2 면과 상기 출구 매니폴드의 제1 면 사이에 끼어 있고, 그 내부에 형성된 하나 이상의 반경 방향으로 연장되는 실린더를 구비한다. 피스톤 링은 이 피스톤 링 내부에 입구 면과 실린더 사이에서 형성되어 입구 매니폴드와 유체 연통하는 입구 통로를 더 포함한다. 또한, 피스톤 링은 그 내부에 상기 실린더와 배출 면 사이에 형성되어 출구 매니폴드 입구와 유체 연통하는 배출 통로도 구비한다. 피스톤은 왕복 운동을 위하여 실린더 내에 배치되는데, 피스톤의 왕복 운동은 입구 통로를 통하여 유체를 실린더 안으로 유입시키고, 배출 통로를 통하여 유체를 실린더 밖으로 배출한다.

본 발명의 일반적인 목적은 조립 및 유지가 용이한 레이디얼 피스톤 펌프를 제공하는 것이다. 이 목적은 흡입 매니폴드(intake manifold)와 배출 매니폴드(exhaust manifold) 사이에 끼인 자체 내장형(self contained) 피스톤 링을 구비하는 적층식(stacked) 레이디얼 피스톤 펌프를 제공함으로써 달성된다.

본 발명의 또 하나의 목적은 원하는 출력의 유체 유량을 만들기 위하여 용이하게 변경될 수 있는 레이디얼 피스톤 펌프를 제공하는 것이다. 이 목적은 원하는 출력의 유체 유량을 만들기 위하여 직렬 방식으로 피스톤 링을 적층함으로써 달성된다.

본 발명의 전술한 목적과 기타 목적 및 장점은 다음의 설명으로부터 나타날 것이다. 그 설명에서, 그 일부를 형성하는 첨부도면이 참조되며, 본 발명의 바람직한 실시예가 도시됨으로써 나타나 있다.

도 1 내지 도 11에 도시된 레이디얼 피스톤 펌프(10)는 흡입 매니폴드(26)와 배출 매니폴드(28) 사이에 끼인 피스톤 링(24)을 포함하고, 이것은 오일, 유압 유체 등과 같은 유체에 잠겨 있다. 펌프(10)는 커버 플레이트(14)의 한 측면(12)에 고정되고, 플레이트(14)의 대향하는 측면(18)에 고정되는 전기 모터(16)에 의하여 구동된다. 플레이트(14)는 유체를 수용하는 저장부 내에 형성되는 개구를 덮는다.

전기 모터(16)는 플레이트(14)를 통하여 연장되는 회전 가능한 샤프트(20)를 구비하여, 피스톤 링(24) 내에 형성된 실린더(38) 내에 왕복 운동 방식으로 수용된 피스톤(22)을 회전 가능하게 구동한다. 모터(16)로는 전기 모터, 연소 기관, 공기 동력식(air powered) 등과 같이 회전 샤프트를 구비하는 임의의 장치가 될 수 있다. 도 1 내지 도 11에 도시된 실시예에서, 모터 샤프트(20)는 피스톤 링(24)의 중심과 중심이 동일하고, 편심형 로터(21)를 회전 가능하게 구동한다. 압력 끼워맞춤(press fit)과 같은 방법에 의하여 편심형 로터(21)에 고정된 평형추(counterbalance; 39)는 로터(21)의 편심성에 의하여 야기되는 진동을 최소화한다. 베어링(126, 142)은 매니폴드(26, 28)와 피스톤 링(24)을 통하여 연장되는 샤프트(20)를 회전 가능하게 지지한다. 로터(21)를 둘러싸는 시일(43)은 유체가 모터(16) 내부로 새는 것을 방지한다.

피스톤 링(24)은 전기 모터(16)에 의하여 구동되는 자체 내장형 펌프 유닛이다. 저압 유체는 흡입 매니폴드(26)에 의하여 피스톤 링(24)으로 공급되고, 고압 유체는 배출 매니폴드(28)에 의하여 피스톤 링(24)으로부터 배출된다. 피스톤 링(24)과 매니폴드(26, 28)는 서비스 용이성(serviceability)을 단순화하기 위하여 함께 적층되고, 아래에서 설명하는 바와 같이 다른 잇점도 제공한다.

도 2와 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 피스톤 링(24)은, 내경으로는 반경 방향 내측으로 대향하는 면(34)과 접하고 외경으로는 반경 방향 외측으로 대향하는 면(36)과 접하는 배출 면(32)과 흡입 면(30)을 구비하는 환형 링이다. 흡입 면(30)은 흡입 매니폴드(26)와 인접하고, 배출 면(32)은 배출 매니폴드(28)와 인접한다. 피스톤 링(24)은 강, 철, 알루미늄 등과 같은 금속으로 성형되고, 면(30, 32)은 실질적으로 평평하게 가공되는 것이 바람직하다.

여섯 개의 반경 방향으로 연장되는, 등간격으로 이격되어 있는 실린더(38)는 피스톤 링(24)을 통하여 성형되고, 반경 방향 내측 및 외측으로 대향하는 면(34, 36) 사이에서 연장된다. 각 실린더(38)는 피스톤 링(24)을 통하여 반경 방향 내측으로 구멍을 드릴 가공함으로써 성형되는 것이 바람직하다. 각 실린더(38)의 반경 방향 외측 단부(42)와 나사식으로 결합하는 플러그(40)는 각 실린더(38)의 반경 방향 외측 단부(42)를 밀폐한다. 피스톤 링 내에 반경 방향으로 등간격으로 이격되어 있는 여섯 개의 실린더(38)가 개시되어 있지만, 본 발명의 범위으로부터 벗어남이 없이 하나 이상의 실린더가 제공될 수도 있다. 과도한 진동 없이 작동하는 평형 상태의 펌프를 제공하기 위하여, 반경 방향으로 등간격으로 이격되어 있는 세 개 이상의 실린더가 제공되는 것이 바람직하다.

원통형 피스톤(22)은 각 실린더(38)의 반경 방향 내측 단부 안으로 반경 방향으로 활주 가능하게 연장되고, 반경 방향 내측 단부(23) 및 반경 방향 외측 단부(25)를 구비한다. 내측 단부(23)는 편심형 로터와 결합되는 헤드(27)를 포함한다. 헤드(27)와 피스톤 링의 반경 방향 내측으로 대향하는 면(34) 사이에 삽입되는 스프링(29)은 피스톤(22)을 반경 방향 내측으로 편향시킨다.

각 피스톤(22)은 스프링(29)의 압박에 대하여 피스톤(22)을 반경 방향 외측으로 압박하여 유체를 실린더(38) 내로 압축시키는 편심형 로터(21)에 의하여 왕복 운동 방식으로 구동된다. 로터(21)는 모터(16)에 의하여 회전 가능하게 구동되고, 흡입 및 배출 매니폴드(26, 28) 내에 성형된 공동(cavities; 124, 140) 내에 장착된 베어링(126, 142)에 의하여 피스톤 링(24)의 중심에서 지지된다. 피스톤(22)을 지나서 새는 유체는 로터(21)와 베어링(126, 142)을 윤활시킨다. 유리하게도, 피스톤(22)을 지나서 누출되는 유체는 또한 피스톤(22), 로터(21) 및 베어링(126, 142)을 냉각하고, 벤트(35)를 통하여 저장부로 복귀한다.

프리 플로우팅 캠 링(free floating cam ring; 31)은 환형 피스톤 링(24)의 중심에 배치되고, 로터(21)가 회전함에 따라, 편심형 로터(21)에 의하여 압박되어 피스톤(22)과 순차적으로 결합된다. 캠 링(31)은 순차적으로 피스톤(22)을 피스톤 링(24) 내에 성형된 실린더(38) 안으로 반경 방향 외측으로 압박하여 실린더(38) 내의 유체를 압축한다. 캠 링(31)은 다각형이고, 적어도 피스톤의 수량과 동일한 수의 편평한 면을 구비하는 것이 바람직하다. 그러나, 원형 링과 같이 편평한 면이 없는 피스톤 링도 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 제공될 수 있다.

피스톤(22)은 저압 유체를 실린더(38) 안으로 안내하는 흡입 통로(44)로부터 고압 유체를 각 실린더(38) 밖으로 배출하는 배출 통로(46)로 유체를 펌핑한다. 각 실린더(38)를 위한 이들 통로(44, 46)는 실질적으로 동일하고, 따라서 다른 흡입 및 배출 통로(44, 46)는 실질적으로 동일하다는 이해를 바탕으로 하여 실린더(38) 중의 하나에 관하여 설명하겠다.

도 4 내지 도 7을 보면, 피스톤 링(24) 내에 성형된 각 흡입 통로(44)는 흡입 면(30)으로부터 실린더(38)로 연장되고, 저장부 내의 유체와 유체 연통 상태에 있다. 실린더(38) 안으로의 유체 유동은 흡입 통로(44) 내에 배치된 흡입 체크 밸브(48)를 지나서 흐른다. 흡입 체크 밸브(48)는 흡입 통로(44) 안으로 밀리는 밸브 시트(50)를 포함한다. 볼(52)은 스프링(54)에 의하여 밸브 시트(50)에 대하여 압박되고, 유체의 유동 압력이 볼(52)을 지나 실린더(38) 안으로의 예정된 해제 압력(release pressure)보다 작아지는 것을 방지한다. 스프링(54)은 배출 통로(46)로부터 실린더(38)를 통하여 연장되는 프루스토코니컬 볼 정지부(frustoconical ball stop; 56)에 의하여 볼(52)과 정렬된다. 볼 정지부(56)는 배출 통로(48) 안으로 밀리는 밸브 시트(58)에 의하여 제자리에 유지된다.

흡입 체크 밸브(48)의 해제 압력은 스프링(54)과 실린더(38) 내의 유체에 의하여 볼(52) 상에 가해지는 힘과 동일하다. 유리하게도, 흡입 체크 밸브(48)는 유체의 압력이 실린더(38) 안으로의 해제 압력보다 클 수 있도록 하고, 유체가 실린더(38)로부터 흡입 통로(44)를 통하여 저장부 안으로 돌아오는 것을 방지한다.

피스톤 링(24) 내에 성형된 각 배출 통로(46)는 실린더(38)로부터 배출 면(32)으로 연장되고, 실린더(38) 외부로 압축된 유체를 위한 경로를 제공한다. 배출 통로(46)를 통하여 실린더(38) 외부로 배출되는 유체는 배출 통로(46) 내에 배치된 배출 체크 밸브(60)를 지나서 유동한다. 배출 체크 밸브(60)는 배출 통로(46) 안으로 밀리는 밸브 시트(58)를 포함한다. 볼(62)은 스프링(64)에 의하여 밸브 시트(58)에 대하여 압박되고, 유체의 유동 압력이 볼(62)을 지나서 배출 통로(46) 안으로의 예정된 해제 압력보다 작아지는 것을 방지한다. 스프링(64)은 밸브 시트(58) 내에 성형된 그루브(groove; 68) 내에 수용되는 리테이닝 링(retaining ring; 67)에 의하여 제자리에 유지된다.

배출 체크 밸브(60)를 위한 해제 압력은 스프링(64)과 실린더(38) 내의 유체에 의하여 볼(62) 상에 가해지는 힘과 동일하다. 유리하게도, 배출 체크 밸브(60)는 유체가 그 압력이 실린더(38) 내의 배출 체크 밸브의 릴리프 압력보다 커서 배출 통로(46) 안으로 배출될 수 있도록 하고, 배출 통로(46) 내의 유체가 실린더(38) 안으로 돌아오는 것을 방지한다. 배출 체크 밸브(60)의 해제 압력은 흡입 체크 밸브(48)의 해제 압력보다 커서, 저압 하의 유체가 흡입 통로(44)로부터 실린더(38) 안으로 유동하고 고압 유체가 배출 통로(46)를 통하여 실린더(38) 밖으로 배출되는 것을 보장하는 것이 바람직하다.

각 실린더(38)를 위한 흡입 및 배출 통로(44, 46)는, 실린더(38)의 반경 방향 외측 단부(42) 근처에서 실린더(38)와 교차하는 피스톤 링(24)을 통하여 축방향 원추형 구멍(countersunk hole)을 드릴 가공함으로써 성형되는 것이 바람직하다. 흡입 및 배출 체크 밸브(48, 60)는 실린더(38)의 대향하는 면 상의 구멍에서 정렬되며, 이는 제작 및 조립을 단순화하게 된다. 게다가, 서비스를 위한 체크 밸브(48, 60)로의 접근성은, 본 명세서에 개시된 바와 같이 직렬로(inline) 배치되는 체크 밸브(48, 60)를 제공함으로써 종래 기술에 비하여 개선된다.

도 4 내지 도 6과 도 8에 도시된 바와 같이, 배출 통로(46) 내의 유체가 예정된 압력보다 더 큰 경우에, 피스톤 링(24)의 부분을 형성하는 바이패스 밸브(66)는 저압 유체를 저장부 안으로 다시 벤팅(venting)한다. 바이패스 밸브(66)는 피스톤 링(24)의 반경 방향 외측으로 대향하는 면(36)에 성형된 보어(68) 내에 수용되고, 나선형 스프링(helical spring; 72)에 의하여 반경 방향 내측으로 편향된 플런저(plunger; 70)를 포함한다. 스프링(72)과 플런저(70)의 테일 단부(tail end; 74)는 보어(68)와 나사식으로 체결되는 캡(76) 내에 수용된다. 캡(76)은 스프링(72)을 압축하여 플런저(70)를 반경 방향 내측으로 압박한다.

보어(68)는 외부 섹션(78), 중간 섹션(80) 및 내부 섹션(82)을 포함하며, 각 섹션(78, 80, 82)은 직경이 상이하다. 외부 섹션(78)은 피스톤 링(24)의 반경 방향 외측으로 대향하는 면(36)에 개방되고, 캡(76)과 나사식으로 체결된다. 중간 섹션(80)은 외부 섹션(78)과 동축이고, 외부 섹션(78)보다 직경이 더 작다. 내부 섹션(82)은 중간 섹션(80)과 동축이고, 중간 섹션(80)보다 직경이 약간 더 작아서 플런저(70)를 위한 밸브 시트를 형성한다.

보어(68)는 파일롯 통로(pilot passageway; 84)를 경유하여 각 실린더(38)의 배출 통로(46)와 유체 연통 상태에 있어서, 배출 통로(46) 내의 압력이 예정된 압력을 넘어서는 경우에 바이패스 밸브(66)를 작동시킨다. 파일롯 통로(84)는 배출 매니폴드(28)와 피스톤 링(24)을 통하여 성형되며, 배출 매니폴드(28) 내에 성형된 배출 연결 통로(144)와 교차하여 파일롯 통로(84)를 배출 통로(46)로 유체로 연결한다. 피스톤 링(24) 내에 성형된 파일롯 통로(84)의 일부는 내부 섹션(82)의 반경 방향 내측 단부(86)에서 보어(68)의 내부 섹션(82)과 교차한다. 파일롯 통로(84)를 둘러싸는 피스톤 링(24)의 배출 면(32)에 성형된 리세스(recess; 88)는 O-링(90)을 수용하여 피스톤 링(24)과 배출 매니폴드(28) 사이의 접점에서 파일롯 통로(84)를 밀봉한다.

피스톤 링(24) 내에 성형된 바이패스 통로(92, 94)는 보어(68)의 중간 섹션(80)과 교차하며, 각 흡입 체크 밸브(48)의 상류측에서 각 실린더(38)의 흡입 통로(44)와 유체 연통 상태에 있다. 배출 통로(46) 내의 압력이 예정된 압력을 넘어서는 경우에, 바이패스 통로(92, 94)의 제1 부분(92)은 흡입 체크 밸브(48)의 상류측 저압 유체가 실린더(38)를 지나서 보어(68) 안으로 향하는 경로를 제공한다.

바이패스된 유체는 보어(68)와 유체 연통 상태에 있는 바이패스 통로(92, 94)의 제2 부분(94)을 통하여 저장부 안으로 다시 배출된다. 바이패스 통로(92, 94)의 제2 부분은 배출 매니폴드(28) 및 피스톤 링(24) 내에 성형되고, 보어(68)의 외부 섹션(78)과 교차한다. 바이패스 통로(92, 94)의 제2 부분(94)을 둘러싸는 피스톤 링(24)의 배출 면(32) 내에 성형된 리세스(96)는 O-링(98)을 수용하여 피스톤 링(24)과 배출 매니폴드(28) 사이의 접점을 밀봉한다. 바이패스 통로의 제2 부분(94) 내에 고정된 커플링(147)은 바이패스된 유체를 저장부 안으로 안내하기 위하여 호스 연결용으로 제공될 수 있다.

플런저(70)는 반경 방향 내측으로 예리한 원뿔형 섹션(pointing conical section; 104)에 의하여 분리되는 테일 단부(74)와 헤드 단부(100)를 구비하고, 스프링(72)에 의하여 보어(68)의 내부 섹션(82)을 향하여 반경 방향 내측으로 압박된다. 테일 단부(74)는 보어(68)의 외부 단부(78) 및 스프링(72)의 중심을 통하여 캡(76) 안으로 연장된다. 스프링(72)은 원뿔형 섹션(104) 상에 힘을 가하고 원뿔형 섹션(104)의 노즈(106)를 중간 섹션(80) 안으로 압박하여, 외부 섹션(78)으로부터 중간 섹션(80)을 밀봉한다. 헤드 단부(100)는 보어(68)의 중간 섹션(80)을 통하여 내부 섹션(82) 안으로 연장된다. 헤드 단부(100) 내에 성형된 반경 방향 그루브(108)는 O-링(108)과 백-업 와셔(back-up washer; 110)를 수용한다. O - 링(108)은 내부 섹션(82)과 밀봉식으로(sealingly) 결합하여 고압 유체가 플런저(70)를 지나서 내부 섹션(82)으로부터 다른 섹션(80, 82)으로 유동하는 것을 방지한다.

파일롯 통로(84) 내의 고압 유체는 헤드 단부(100) 상에 힘을 가하여, 스프링(72)의 힘에 대하여 반경 방향 외측으로 플런저(70)를 압박한다. 파일롯 통로(84) 내의 유체의 압력이 스프링(72)에 의하여 플런저(70) 상에 가해지는 힘을 넘어서는 경우에, 플런저(70)는 스프링(72)의 힘에 대하여 반경 방향 외측으로 이동하고, 중간 섹션(82)으로부터 플런저(70)의 원뿔형 섹션(104)을 언시팅(unseating)하게 된다. 원뿔형 섹션(104)이 언시팅되는 경우에, 바이패스 통로의 일부(92)로부터 저압의 바이패스 유체는 원뿔형 섹션(104)을 지나서 중간 섹션(80) 안으로 흐르고, 바이패스된 유체를 저장부 안으로 다시 배출하는 바이패스 통로의 일부(94)를 통하여 외부 섹션(78) 안으로 유동한다. 스프링(72)은 스프링 상수가 중간 섹션(80)으로부터 원뿔형 섹션(104)을 언시팅하기 위하여 파일롯 통로(84) 내에 요구되는 원하는 특정 유체 압력에 좌우되며, 유체가 바이패스 통로의 일부(92)로부터 보어(68)를 통하여 바이패스 통로의 일부(94) 안으로 유동할 수 있도록 한다.

도 4, 도 9 내지 도 11을 보면, 흡입 매니폴드(26)는 피스톤 링(24)의 흡입 면(30)과 접하고, 흡입 측면(112)과 배출 측면(114)을 구비한다. 흡입 매니폴드(26)의 둘레의 에지(118)로부터 반경 방향으로 연장되는 플랜지(116)는 복수 개의 반경 방향으로 등간격으로 이격되어 있는 축방향 구멍(120)을 포함한다. 각 구멍(120)은 피스톤 링(24)을 통하여 연장되는 볼트(122)를 수용하고, 배출 매니폴드(28)와 나사식으로 결합하여 피스톤 링(24)을 매니폴드(26, 28) 사이에 끼우게 된다. 흡입 매니폴드(26)의 배출 측면(144) 내에 성형된 중앙 공동(124)은 베어링(126)을 수용하여 모터(16)에 의하여 회전 가능하게 구동되는 로터(128)를 회전 가능하게 장착하고, 로터(21)와 동축인 중앙 개구(129)와 교차한다.

공급 통로(130)는 흡입 매니폴드(26)를 통하여 흡입 측면(112)으로부터 배출 측면(114)으로 연장되고, 흡입 매니폴드(26)의 배출 측면(114)의 면에 성형된 원형 분배 채널(132)과 교차한다. 분배 채널(132)은 각 실린더(38)를 위한 피스톤 링(24) 내에 성형된 흡입 통로(44)로 유체를 분배하고, 바이패스 밸브(66)의 바이패스 통로의 일부(92)와 유체 연통 상태에 있게 된다. 흡입 매니폴드(26)와 피스톤 링(24) 사이에 삽입되는 O-링(134, 136)은 유체가 흡입 매니폴드(26)와 피스톤 링(24) 사이에서 분배 채널(132)을 벗어나는 것을 방지한다. 밀봉을 위하여 O-링이 바람직하지만, 개스킷을 제공하거나 타이트한 공차(tight tolerance)로 표면을 가공하는 등의 임의의 밀봉 방법도 누설을 방지하기 위하여 이용될 수 있다. 유리하게도, 흡입 매니폴드 배출 측면(112)의 면에 분배 채널(132)을 성형하는 것은 제작 및 조립을 단순화한다.

도 2 내지 도 4에 도시된 배출 매니폴드(28)는 피스톤 링(24)의 배출 면(32)과 접하고, 흡입 측면(134)과 배출 측면(136)을 구비한다. 복수 개의 축방향으로 연장되는 나사식 구멍(138)은 피스톤 링(24)의 배출 면과 접하는 흡입 측면(134)에 성형된다. 각 구멍(138)은 피스톤 링(24)을 통하여 연장되는 볼트(122) 중의 하나와 나사식으로 체결되어 피스톤 링(24)을 매니폴드(26, 28) 사이에 끼우게 된다. 배출 매니폴드(28)의 흡입 측면(134)에 성형된 중앙 공동(140)은 베어링(142)을 수용하여 로터(128)를 회전 가능하게 장착한다.

반경 방향 내측 및 외측으로의 흡입 및 배출 측면(134, 136) 사이에 성형된 반경 방향으로 연장되는 벤트(35)는 중앙 공동(140) 내의 유체를 저장부 안으로 벤팅시킨다. 배출 매니폴드 내에 벤트(35)를 성형하는 것이 바람직하지만, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 벤트(35)는 피스톤 링 및/또는 흡입 매니폴드 내에 성형될 수도 있다.

배출 매니폴드(28) 내에 보링(boring) 가공된 배출 연결 통로(144)는, 각 실린더(38)와 유체 연통 상태에 있는 배출 매니폴드(28) 내에 성형된 배출 통로(46)의 일부와 바이패스 밸브(66)의 파일롯 통로(84)를 연결한다. 배출 연결 통로(144) 중의 한 통로의 한 개방 단부는 호스 연결용 피팅(fitting; 148)과 나사식으로 체결된다. 배출 연결 통로(144)의 또다른 개방 단부 내에 고정된 릴리프 밸브(149)는, 그 내부의 압력이 예정된 수준을 넘어서는 경우에 배출 연결 통로(144) 내의 압력을 완화시킨다. 배출 연결 통로(144)의 나머지 개방 단부는 각 나머지 개방 단부와 나사식으로 체결되는 플러그(152)로 밀폐된다.

도 1, 도 2 및 도 4를 보면, 로터(21)는 흡입 매니폴드(26)의 흡입 측면(112)에 장착되는 제1 저압 기어 펌프(160)도 역시 회전 가능하게 구동하는 것이 바람직하다. 흡입 매니폴드(26) 내에 성형된 중앙 개구(129)를 통하여 연장되는 샤프트(162)는 로터 단부(168) 상에 성형된 슬롯(166)과 체결하여 기어 펌프 샤프트(162)를 회전 가능하게 구동하는 탱(tang; 164)을 포함하고, 이는 조립을 단순화한다. 기어 펌프(160)는 저장부로부터 흡입 필터(170)를 통하여 피스톤 링(24) 내에 성형된 공급 통로(130; 도 10에 도시됨)안으로 유체를 펌핑한다.

도 1 내지 도 11을 보면, 사용시에 로터(21)는 흡입 매니폴드(26) 내에 성형된 공급 통로(130)를 통하여 각 실린더(38)의 흡입 통로(44)로 유체를 분배하는 분배 채널(132) 안으로 유체를 공급하는 기어 펌프(160)를 회전 가능하게 구동한다. 흡입 통로(44) 내의 유체가 압력이 흡입 체크 밸브(48)를 통과할 정도로 충분하면, 그것은 실린더(38)를 채워서 피스톤(22)을 반경 방향 내측으로 압박한다. 편심형 로터(21)가 회전할 때, 그리고 캠 링(31)이 피스톤(22)과 체결할 때, 실린더(38) 내에 배치된 유체를 압축하는 압축 행정에서 피스톤(22)은 반경 방향 외측으로 실린더(38) 안으로 압박된다. 압력이 배출 체크 밸브(60)의 해제 압력보다 큰 압축 유체의 일부는 배출 체크 밸브(60)를 지나서 배출 통로(46) 안으로 배출된다. 피스톤 압력 행정이 완료될 때, 흡입 통로(44)를 통하여 실린더(38)로 들어가는 저압 유체는 피스톤(22)을 다시 한번 반경 방향 내측으로 피스톤 링(24)의 중심을 향하여 압박한다. 유리하게도, 배출 체크 밸브(60)의 하류측 유체 경로가 블로킹(blocking)되어 배출 통로(46) 내의 압력이 예정된 수준을 넘어서게 되면, 배출 통로(46) 내의 고압 유체는 바이패스 밸브(66)를 개방하여 흡입 통로(44) 내의 유체를 저장부 안으로 다시 바이패스시킨다.

도 12 내지 도 14에 도시된 또다른 실시예에서, 레이디얼 피스톤 펌프(210)는 위에서 개시한 바와 같이, 흡입 매니폴드(226)와 배출 매니폴드(228) 사이에 끼인 피스톤 링(224)을 포함하는데, 편심형 로터(221)는 모터(216)로부터 연장되는 모터 샤프트(220)에 의하여 회전 가능하게 구동된다. 그러나, 도 12 내지 도 14에 개시된 실시예에서 편심형 로터(221)를 구동하는 모터 샤프트(220)는 로터 축으로부터 오프셋(offset)되어 있다. 모터 샤프트(220)는 로터의 일부를 형성하는 헬리컬 기어(217)를 회전 가능하게 구동하는 피니온(215)을 포함한다. 드릴 가공에 의하여 기어(217)로부터 재료를 제거하는 것과 같은 방법에 의하여, 헬리컬 기어(217)는 불평형 상태에 있어 이 불평형 상태의 편심형 로터(221)를 오프셋하고 진동을 최소화하는 것이 바람직하다. 도 14에 도시된 바와 같이, 피스톤 링(224)은 오프셋된 모터 샤프트(220)를 수용하는 컷아웃(cutout; 225)을 포함한다.

도 15에 도시된 또다른 실시예에서, 레이디얼 피스톤 펌프(310)는 제1 피스톤 링(324)과 흡입 매니폴드(326) 사이에 끼인 제2 피스톤 링(325)를 포함한다. 제2 피스톤 링(325)은 배출 매니폴드(328)를 통하여 펌프(310)를 벗어나기 전에 유체의 유체 압력을 더 증가시키는 제1 피스톤 링(324) 안으로 유체를 펌핑한다. 유리하게도, 배출 매니폴드를 벗어나는 유체의 원하는 출력 압력을 만들기 위하여 임의의 수량의 피스톤 링이 제공될 수 있다.

제2 피스톤 링 내에 성형된 배출 통로는 제1, 또는 하류측 피스톤 링의 흡입 통로로부터 오프셋되어 제1 피스톤 링의 흡입 체크 밸브 안으로 직접 유체를 펌핑하는 것을 피할 수 있게 되는 것이 바람직하다. 제2 피스톤 링 내에 성형된 배출 통로는 제1 피스톤 링에 대하여 제2 피스톤을 회전함으로써 그리고 제2 피스톤 링의 배출 면 내에 채널을 형성함으로써 제1 피스톤 링의 흡입 통로로부터 오프셋될 수 있는데, 이들은 제2 피스톤 링의 배출 통로 및 제1 피스톤 링의 흡입 통로와 유체 연통 상태에 있다.

도 16에 도시된 또다른 대안에서, 레이디얼 피스톤 펌프(410)는 제1 및 제2 피스톤 링(424, 425) 사이에 끼인 중간 매니폴드(411)를 포함한다. 중간 매니폴드(411)는 제2 피스톤 링의 배출 통로 및 제1 피스톤 링의 흡입 통로와 유체 연통 상태에 있는 연결 통로를 구비한다. 연결 통로는 오프셋된 실린더를 유체로 연결할 수 있고, 또는 제1 피스톤 링의 흡입 체크 밸브 안으로 직접 유체를 펌핑하는 것을 방지하는 배플(baffle)을 포함할 수 있다.

현재 본 발명의 바람직한 실시예로 생각될 수 있는 것들이 도시 및 기재되어 있지만, 첨부된 청구범위에 의하여 정해지는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 당업자에게 다양한 변화 및 변경이 행해질 수 있다는 것은 자명할 것이다. 그러므로, 다양한 대안과 실시예들은, 본 발명으로 간주되는 주제 어구(subject matter)를 특히 지적하고 명시적으로 청구하는 다음의 청구 범위 내에 있는 것으로 생각된다.

Claims

제1 면과 제2 면을 구비하고, 이 제2 면에 하나 이상의 출구가 형성되어 있는 입구 매니폴드와,

제1 면과 제2 면을 구비하고, 이 제1 면에 하나 이상의 입구가 형성되어 있는 배출 매니폴드와,

입구 면과 배출 면을 구비하고, 상기 입구 매니폴드의 제2 면과 상기 배출 매니폴드의 제1 면 사이에 끼어 있으며, 내부에 반경 방향으로 연장되는 하나 이상의 실린더를 구비하고, 내부에 상기 입구 면과 상기 실린더 사이에 입구 통로가 성형되어 상기 입구 매니폴드의 출구와 유체 연통(fluid communication) 상태에 있으며, 내부에 상기 실린더와 상기 배출 면 사이에 배출 통로가 성형되어 상기 배출 매니폴드의 입구와 유체 연통 상태에 있는 제1 피스톤 링과,

왕복 운동을 위하여 상기 실린더 내에 배치되어, 왕복 운동이 유체를 상기 입구 통로를 통하여 상기 실린더 안으로 유입시키고 상기 배출 통로를 통하여 상기 실린더 밖으로 유체를 배출할 수 있도록 하는 피스톤

을 포함하는 피스톤 펌프.
제1항에 있어서, 상기 입구 매니폴드는 유체를 상기 입구 매니폴드의 입구 안으로 유입시키고 유체를 상기 입구 매니폴드의 출구 밖으로 배출시키는 기어 펌프를 포함하는 것인 피스톤 펌프.
제1항에 있어서, 상기 입구 통로 및 상기 배출 통로는 동일선상에 있는 것인 피스톤 펌프.
제1항에 있어서, 체크 밸브가 상기 입구 통로에 배치되는 것인 피스톤 펌프.
제1항에 있어서, 체크 밸브가 상기 배출 통로에 배치되는 것인 피스톤 펌프.
제1항에 있어서, 상기 입구 매니폴드와 상기 배출 매니폴드 중의 하나와 상기 제1 피스톤 링 사이에 제2 피스톤 링이 삽입되는 것인 피스톤 펌프.
제6항에 있어서, 상기 제1 피스톤 링과 상기 제2 피스톤 링 사이에 연결 매니폴드가 삽입되는 것인 피스톤 펌프.
제1항에 있어서, 상기 입구 매니폴드의 제2 면에 형성되는 통로가 상기 입구 매니폴드의 출구와 상기 피스톤 링의 입구 통로를 유체로 연결하는 것인 피스톤 펌프.
제1항에 있어서, 상기 배출 통로와 유체 연통 상태에 있는 상기 피스톤 링의 일부를 형성하는 바이패스 밸브를 포함하는 것인 피스톤 펌프.
제9항에 있어서, 상기 배출 통로 내의 유체가 예정된 압력에 도달할 때, 바이패스 통로와 상기 입구 통로는 상기 바이패스 밸브와 유체 연통 상태에 있는 것인 피스톤 펌프.
제1항에 있어서, 복수 개의 실린더가 상기 피스톤 링 내에 성형되고, 이 각 실린더 내에 피스톤이 배치되는 것인 피스톤 펌프.
제11항에 있어서, 입구 통로가 상기 각 실린더 및 상기 입구 면으로부터 연장되고, 상기 입구 매니폴드의 제2 면에 성형되는 분배 채널이 상기 입구 통로의 각각과 상기 하나 이상의 출구와 유체 연통 상태에 있는 것인 피스톤 펌프.
제1항에 있어서, 편심형 로터가 상기 피스톤을 반경 방향 외측으로 압박하여 상기 실린더 내에 배치된 유체를 압축하는 것인 피스톤 펌프.
제13항에 있어서, 상기 로터는 동축 샤프트에 의하여 회전 가능하게 구동되는 것인 피스톤 펌프.
제13항에 있어서, 상기 로터는 회전축이 이 로터의 회전축으로부터 오프셋되어 있는 샤프트에 의하여 회전 가능하게 구동되는 것인 피스톤 펌프.
제13항에 있어서, 상기 로터를 둘러싸는 캠 링이 상기 로터에 의하여 압박되어 상기 피스톤과 체결되는 것인 피스톤 펌프.
제1항에 있어서, 상기 배출 매니폴드, 피스톤 링 및 입구 매니폴드 중에 하나 이상을 통하여 반경 방향으로 성형되는 벤트가 상기 실린더 내의 상기 피스톤을 지나서 누출되는 유체를 벤팅(venting)시키는 것인 피스톤 펌프.
피스톤 링을 구비하는 레이디얼 피스톤 펌프로서, 이 피스톤 링은

하나 이상의 반경 방향으로 연장되는 실린더와,

유체를 압축시키기 위하여 상기 실린더 내에 왕복 운동 방식으로 수용되는 피스톤과,

상기 실린더 안으로 유체를 안내하는 입구 통로와,

상기 피스톤에 의하여 압축되는 유체를 상기 실린더 밖으로 안내하는 출구 통로와,

상기 출구 통로 내의 압력이 예정된 수준을 넘어서는 경우에, 상기 입구 통로로부터 유체를 벤팅시키기 위하여 상기 입구 통로 및 출구 통로와 유체 연통 상태에 있는 바이패스 밸브

를 포함하는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제18항에 있어서, 상기 피스톤 링은 입구 면과 배출 면을 구비하고, 상기 레이디얼 피스톤 펌프는 제1 면과 제2 면 및 이 제2 면 내에 하나 이상의 출구가 성형되는 입구 매니폴드와, 제1 면과 제2 면 및 이 제1 면 내에 하나 이상의 입구가 성형되는 배출 매니폴드를 포함하고, 상기 피스톤 링은 상기 입구 매니폴드의 제2 면과 상기 배출 매니폴드의 제1 면 사이에 끼어 있으며, 상기 입구 통로는 상기 입구 매니폴드의 출구와 유체 연통 상태에 있고, 상기 배출 통로는 상기 출구 매니폴드의 입구와 유체 연통 상태에 있는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제19항에 있어서, 상기 입구 매니폴드는 상기 입구 매니폴드의 입구 안으로 유체를 유입시키고 상기 입구 매니폴드의 출구 밖으로 유체를 배출시키는 기어 펌프를 포함하는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제19항에 있어서, 상기 입구 통로 및 상기 배출 통로는 동일선상에 있는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제19항에 있어서, 체크 밸브가 상기 입구 통로에 배치되는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제19항에 있어서, 체크 밸브가 상기 배출 통로에 배치되는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제19항에 있어서, 상기 입구 매니폴드 및 상기 배출 매니폴드 중의 하나와 상기 제1 피스톤 링 사이에 제2 피스톤 링이 삽입되는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제24항에 있어서, 상기 제1 피스톤 링과 제2 피스톤 링 사이에 연결 매니폴드가 삽입되는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제19항에 있어서, 상기 입구 매니폴드의 제2 면에 성형되는 통로가 상기 입구 매니폴드의 출구와 상기 피스톤 링의 입구 통로를 유체로 연결하는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제19항에 있어서, 복수 개의 실린더가 상기 피스톤 링 내에 성형되고, 이 각 실린더 내에 피스톤이 배치되는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제27항에 있어서, 입구 통로가 상기 각 실린더 및 상기 입구 면으로부터 연장되고, 상기 입구 매니폴드의 제2 면에 성형되는 분배 채널이 상기 입구 통로의 각각과 상기 하나 이상의 출구와 유체 연통 상태에 있는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제19항에 있어서, 편심형 로터가 상기 피스톤을 반경 방향 외측으로 압박하여 상기 실린더 내에 배치된 유체를 압축하는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제29항에 있어서, 상기 로터는 동축 샤프트에 의하여 회전 가능하게 구동되는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제30항에 있어서, 상기 로터는 회전축이 이 로터의 회전축으로부터 오프셋되어 있는 샤프트에 의하여 회전 가능하게 구동되는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제30항에 있어서, 상기 로터를 둘러싸는 캠 링이 상기 로터에 의하여 압박되어 상기 피스톤과 체결되는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.
제19항에 있어서, 상기 배출 매니폴드, 피스톤 링 및 입구 매니폴드 중에 하나 이상을 통하여 반경 방향으로 성형되는 벤트가 상기 실린더 내의 상기 피스톤을 지나서 누출되는 유체를 벤팅시키는 것인 레이디얼 피스톤 펌프.