KR20110015450A - 회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링 - Google Patents

회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링 Download PDF

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KR20110015450A
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세사레 파도반
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마이나 오가니 디 트래스미션 에스.피.에이.
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D7/00—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock
    • F16D7/04—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the ratchet type
    • F16D7/042—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the ratchet type with at least one part moving axially between engagement and disengagement
    • F16D7/044—Slip couplings, e.g. slipping on overload, for absorbing shock of the ratchet type with at least one part moving axially between engagement and disengagement the axially moving part being coaxial with the rotation, e.g. a gear with face teeth

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Abstract

안전 커플링은 구동 부분(10)과 피동 부분(12)을 포함하고, 상기 구동 부분과 피동 부분은 동일한 회전 축(X)을 중심으로 회전할 수 있고 각각 제1 토크 전달 수단(14, 24) 및 제2 토크 전달 수단(30, 36, 40, 52, 60, 62)을 구비할 수 있으며, 상기 커플링의 두 부분(10, 12) 사이에서 토크를 전달하기 위해 서로 정상적으로 맞물리는 전방 톱니(24, 40, 60, 62)를 갖는다. 안전 커플링은 또한 상기 제1 토크 전달 수단(14, 24) 및 제2 토크 전달 수단(30, 36, 40, 52, 60, 62)의 전방 톱니(24, 40, 60, 62)를 분리시키도록 배치되며, 그에 따라 상기 커플링의 두 부분(10, 12) 사이에서 전달된 토크가 소정의 최대값을 초과할 때 토크 전달을 중단시키는 토크 감응식 개방 수단(66, 72, 110)을 포함한다. 상기 토크 감응식 개방 수단(66, 72, 110)은 비압축성 유체로 채워진 압력 챔버(66) 및 상기 압력 챔버(66) 내에서 소정의 최대 유체 압력값(pt)이 초과되면 상기 압력 챔버(66)로부터 유체를 방출하게 하는 밸브 수단(110)을 포함한다. 상기 압력 챔버(66) 내의 유체의 압력은 상기 제1 토크 전달 수단(14, 24)과 제2 토크 전달 수단(30, 36, 40, 52, 60, 62)의 상기 전방 톱니(24, 40, 60, 62)에 힘을 가하여, 상기 커플링의 두 부분(10, 12) 사이에서의 토크 전달을 위해 상기 톱니를 계속해서 맞물리게 하고, 상기 제1 토크 전달 수단(14, 24)과 제2 토크 전달 수단(30, 36, 40, 52, 60, 62)의 전방 톱니(24, 40, 60, 62)를 통하여 상기 커플링의 두 부분(10, 12) 사이에서 전달된 토크가 전달되는 토크에 비례하여 상기 압력 챔버(66) 내의 유체의 압력을 증가시키며, 그에 따라 상기 토크의 최대값이 상기 최대 압력값(Pt)에 관련되도록 형성된다.

Description

회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링{SAFETY COUPLING FOR THE TRANSMISSION OF ROTARY MOTION}
본 발명은 동일한 회전축을 중심으로 회전하는 - 예를 들면 회전 샤프트로 제조되는 - 제1 및 제2 전달 부재를 회전을 위해 해제가능하게 연결하기 위한 안전 커플링에 관한 것으로, 이 커플링은 소정의 최대 허용가능한 토크 값이 초과되면 2개의 전달 부재를 분리하도록 배치된다.
상기에 특정된 유형의 안전 커플링은 회전 출력 전달 부재를 갖는 - 예를 들면 전기 모터와 같은 - 회전 운동 소오스로부터 회전 입력 전달 부재를 갖는 기계로 회전 운동을 전달하기 위해 공업용으로 일반적으로 사용된다. 안전 커플링은 2개의 전달 부재 사이에 배치되며, 일반적으로 제1 작동 상태(폐쇄 상태)로 유지되며, 이때 안전 커플링은 회전을 위해 상기 부재들을 연결한다. 안전 커플링은 제2 작동 상태(개방 상태)로 이동하도록 배치되며, 이때 안전 커플링은 회전 운동이 전달되는 기계의 우발적인 고장 또는 과도한 부하의 경우, 전체 운동 연쇄(kinematic chain)에 대한 손상 또는 기능 장애를 피하기 위해, 2개의 전달 부재를 분리시킨다.
본 발명의 목적은 일반적으로 사용되는 방법에 대해 향상된 회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링을 제공하는 것이다.
여타 목적들은 첨부된 독립 청구항 1에서 특정된 특징들을 갖는 안전 커플링으로 인하여 본 발명에 따라 이루어진다.
본 발명에 따른 안전 커플링의 유리한 실시예는 종속 청구항들의 요지이며, 그 내용은 하기의 상세한 설명의 필수적이며 완전한 부분으로서 간주될 것이다.
요컨대, 본 발명은, 안전 커플링으로서:
구동 부분과 피동 부분으로서, 동일한 회전 축을 중심으로 회전할 수 있고, 상기 커플링의 두 부분 사이에서 토크를 전달하기 위해 서로 정상적으로 맞물리는 전방 톱니를 갖는 각각의 토크 전달 수단을 구비하는, 구동 부분과 피동 부분; 및
상기 커플링의 두 부분의 토크 전달 수단의 전방 톱니를 분리시키도록 배치되며, 그에 따라 상기 커플링의 두 부분 사이에서 전달된 토크가 소정의 최대값을 초과할 때 토크 전달을 중단시키는, 토크 감응식 개방 수단(torque-sensitive opening means)을 포함하며; 상기 토크 감응식 개방 수단은 비압축성 유체로 채워진 압력 챔버 및 소정의 최대 유체 압력값이 초과되면 상기 압력 챔버로부터 유체를 방출하게 하는 밸브 수단을 포함하고, 상기 압력 챔버는,
상기 압력 챔버 내에 포함된 유체의 압력이 상기 토크 전달 수단들의 상기 전방 톱니에 힘을 가하여, 상기 커플링의 두 부분 사이에서의 토크 전달을 위해 상기 톱니를 계속해서 맞물리게 하고,
상기 토크 전달 수단들의 전방 톱니를 통하여 상기 커플링의 두 부분 사이에서 전달된 토크가 토크값에 비례하여 상기 압력 챔버 내의 유체의 압력을 증가시키며, 그에 따라 상기 토크의 최대값이 상기 최대 압력값에 관련되도록 형성되는 안전 커플링을 제공하는 개념에 기초한다.
종래 기술에 비해, 본 발명에 따른 안전 커플링은 특히 하기의 이점들을 갖는다:
- 상기 커플링의 개방은 파손될 (예를 들면, 핀과 같은) 특정한 파손 부재(breaking members)를 필요로 하지 않으므로 이러한 부재의 기계적 특성의 변화에 의해 영향을 받지 않고;
- 커플링의 개방은 커플링의 구동 부분 및 피동 부분을 해제 가능하게 연결하는 기계적 부재의 분리 운동에 영향을 미칠 수 있는 이력 현상(hysteresis phenomena)을 겪지 않으며;
- 커플링은 매우 신속하고 용이하게 재설정(즉, 정상 작동의 폐쇄 상태로 되돌아감)될 수 있고;
- 커플링은 그 직경 방향 및 축방향 차원에 대해 높은 토크 전달 성능을 갖는 매우 컴팩트한(compact) 구조를 가지며;
- 커플링을 개방시키는 최대 토크값은 폭넓은 조정 범위 내에서 조정 가능하고;
- 커플링을 개방시키는 최대 토크값은 커플링의 정상 작동의 폐쇄 상태에서도 매우 신속하고 단순하게 조정 가능하며;
- 커플링을 개방시키는 최대 토크값은 시간에 대해 일정하게 유지되어서 커플링의 높은 작동 신뢰성을 보장하고;
- 커플링은 그 작동중에 압축 유체(pressurised fluid)의 외부 공급을 필요로 하지 않는 점에서 자체 보급식(self-feeding)이고 압축 유체의 가능한 손실을 자동으로 보상할 수 있는 점에서 자체 보상형이며;
- 커플링은 압력 챔버 내의 압력을 탐지하기에 적합한 압력 변환기(pressure transducer) 및 이 압력 변환기에 의해 고정식 또는 이동식 수신기로 공급되는 신호를 보내기에 적합한 송신기의 단순한 사용에 의해, 구동 부분과 피동 부분 사이에서 전달되는 토크를 모니터링할 수 있는 가능성을 제공한다.
본 발명의 추가 특장점은 첨부 도면을 참조로 비제한적인 예로서만 제공되는 하기의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다:
도 1은 정상 작동의 폐쇄 상태에 있는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안전 커플링의 부분적인 축방향 단면도를 도시하고;
도 2는 정상 작동의 폐쇄 상태에 있는 본 발명의 안전 커플링의 (도 1의 단면도에 대해 상이한 평면에 있는) 추가의 부분적인 축방향 단면도를 도시하며;
도 3은 폐쇄 상태에 있는 본 발명의 안전 커플링(정상 작동의 폐쇄 상태에 있는 커플링)의 릴리프 밸브의 단면도를 도시하며;
도 4는 도 3의 릴리프 밸브의 상부로부터의 도면을 도시하며;
도 5는 도 3의 릴리프 밸브와 유사하지만 방출 상태인(개방 상태에 있는 커플링) 릴리프 밸브의 단면도를 도시하며;
도 6은 도 2의 안전 커플링과 유사하지만 개방 상태에 있는 본 발명의 안전 커플링의 부분적인 축방향 단면도를 도시하며;
도 7은 본 발명의 안전 커플링의 저장 장치의 확대 단면도를 도시하며;
도 8은 본 발명의 안전 커플링의 유체 공급 도관의 (도 7의 VIII-VIII 평면을 따라 취한) 확대 단면도를 도시한다.
이어지는 상세한 설명 및 특허청구범위에서, 용어 "축방향(axial)" 및 "종방향(longitudinal)"은 안전 커플링의 축, 다시 말해 안전 커플링의 구동 부분과 피동 부분의 회전 축의 방향을 지시하는 반면, 용어 "횡방향(transverse)" 및 "방사상 또는 반경 방향(radial)"은 안전 커플링의 축에 대해 수직한 방향을 지시한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링은 전체적으로 지시되는 구동 부분(10)과 전체적으로 지시되는 피동 부분(12)을 기본적으로 포함한다. 전동 장치(transmission)의 구동 부분(예를 들면, 전기 모터의 출력부에 연결된 전동축(transmission shaft))과 회전을 위해 고정 연결될 안전 커플링의 구동 부분(10) 및 전동 장치의 피동 부분(예를 들면, 공업용 기계류의 입력부에 연결되는 전동축)과 회전을 위해 고정 연결될 안전 커플링의 피동 부분(12)은 동일한 회전 축(X)을 중심으로 회전할 수 있도록 장착된다.
안전 커플링의 구동 부분(10)은 제1 외부 환형 요소(14) 및 제1 요소(14)와의 회전을 위해 견고하게 연결되며 제1 환형 요소와 공간(18)을 형성하는 제2 내부 환형 요소(16)를 포함한다. 구동 부분(10)의 제1 요소(14)는 안전 커플링의 축방향 외부 측에(즉, 구동 부분(12)에 대해 마주하는 측에) 플랜지부(20)를 형성하고, 플랜지부는 복수의 구멍(22)을 가지며, 이 구멍은 전동 장치의 구동 부분(상류 부분)과의 회전을 위한 안전 커플링의 구동 부분(10)의 견고한 연결을 위해 나사 연결 장치(미도시)를 삽입하기 위한 것이다. 그 축방향 내측 단부에(즉, 피동 부분(12)을 향하는 면상에), 구동 부분(10)의 제1 요소(14)가 전방 톱니(24)를 구비하며, 이는 추후에 보다 상세히 설명될 것이다.
안전 커플링의 피동 부분(12)은 제1 외부 환형 요소(26) 및 이 제1 요소(26)와의 회전을 위해 견고하게 연결되는 제2 내부 환형 요소(28)를 포함한다. 피동 부분(12)의 제1 요소(26)는 두께가 보다 큰 제1 축방향 외부 부분(30) 및 제1 부분(30)으로부터 구동 부분(10)을 행하여 축방향으로 돌출하며 두께가 보다 작은 제2 축방향 내부 부분(32)을 포함한다. 피동 부분(12)의 제1 요소(26)의 제1 부분(30)의 축방향 외면상에(즉, 구동 부분(10)을 마주하여), 복수의 구멍(34)이 전동장치의 피동 부분(하류 부분)과의 회전을 위해 피동 부분(12)의 견고한 연결을 위한 나사 연결 장치(미도시)를 삽입하기 위해 제공된다. 구동 부분(10)의 제1 요소(14)와 피동 부분(12)의 제1 요소(26)의 제2 부분(32) 사이에 피동 부분(12)의 제3 환형 요소(36)가 방사상으로 삽입되어, 스플라인 커플링(splined coupling; 38)에 의해 피동 부분(12)의 제1 요소(26)의 제2 부분(32)과 회전을 위해 견고하게 연결된다. 피동 부분(12)의 제3 환형 요소(36)는 구동 부분(10)의 제1 요소(14)의 제1 톱니(24)와 수직으로 정렬되는 전방 톱니(40)를 구비한다. 피동 부분(12)은 피동 부분(12)의 제1 요소(26)의 제2 부분(32)에 나사결합(이를 위해 대응하는 외부 나사 가공부(threading; 46)를 구비함)되는 내부에 나사 가공된(threaded) 환형 부분(44)을 일체로 형성하는 제4 요소(42)와, 방사상 내부로 연장하며 구동 부분(10)의 제1 요소(14)의 플랜지 부분(20)과 피동 부분(12)의 제1 요소(26)의 제2 부분(32) 사이에 축방향으로 삽입되는 플랜지 부분(48)을 또한 포함한다. 피동 부분(12)의 제4 요소(42)의 플랜지 부분(48)은 그 축방향 내부의 수직면을 피동 부분의 제3 요소(36)에 대해 유지한다(insists). 피동 부분(12)의 제4 요소(42)는 그에 따라 링 너트(ring nut)로 작용하며, 링 너트는 제3 요소(36) 및 그에 따라 전방 톱니(40)의 축방향 위치를 조정되게 한다. 코킹(caulking; 50)은 제4 요소가 제1 요소(26)의 제2 위치(32)에 대해 나사 결합이 해제되는 것을 방지한다.
안전 커플링의 피동 부분(12)과 구동 부분(10) 사이에는 피스톤(52)이 삽입되며, 피스톤은 피동 부분(12)의 제1 요소(26)의 축방향 원통형 구멍(56) 내에서 축방향으로 미끄러질 수 있도록 안내되는 환형 안내부(54) 및 이 안내부(54)로부터 방사상 외부 방향으로 연장하며 일측에서 피동 부분(12)의 제3 환형 요소 및 구동 부분(10)의 제1 요소(14)와 타측에서 피동 부분(12)의 제1 요소(26)의 부분(30) 사이에 축방향으로 삽입되는 플랜지 부분(58)을 포함한다. 피스톤(52)의 플랜지 부분(58)은 구동 부분(10)의 제1 요소(14)의 전방 톱니(24)와 맞물리는 제1 전방 톱니(60) 및 피동 부분(12)의 제3 환형 요소(36)의 전방 톱니(40)와 맞물리는 제2 전방 톱니(62)를 구비한다. 전방 톱니(60, 62)를 구비하는 부분과 축방향으로 마주하는 피스톤(52)의 수직한 면은 피동 부분(12)의 제1 요소(26)의 부분(30)의 마주하는 수직한 면(64)과 함께 비압축성 유체로 채워진 압력 챔버(66)를 축방향으로 폐쇄시킨다. 반경 방향에서, 압력 챔버(66)는 피스톤(52)의 안내부(54)에 의해 내부에서 및 피동 부분(12)의 제1 요소(26)의 부분(32)에 의해 외부에서 폐쇄된다. 피스톤(52)의 플랜지 부분(58)과 피동 부분(12)의 제1 요소(26) 사이에 삽입되는 개스킷(68) 및 피스톤(52)의 안내부(54)와 피동 부분(12)의 제1 요소(26)의 부분(30) 사이에 삽입되는 개스킷(70)은 압력 챔버(66)의 유체-기밀성(fluid-tightness)을 보장한다.
안전 커플링의 정상 작동 상태에서, 압력 챔버(66) 내의 유체의 압력은 피스톤(52)을 좌측으로 압박하여, 피스톤의 톱니(60, 62)와 구동 부분(10)의 제1 요소(14)의 톱니(24) 및 피동 부분(12)의 제3 요소(36)의 톱니(40) 각각의 맞물림을 보장한다. 따라서, 토크는 구동 부분(10)으로부터 피동 부분(12)으로 전달되어 차례대로 구동 부분의 제1 요소(14), 피스톤(52), 피동 부분의 제3 요소(36) 및 피동 부분의 제1 요소(26)를 통과할 수 있다. 이러한 상태에서, 피동 부분(12)의 제3 요소(36)의 전방 톱니(40)의 축방향 위치는 피동 부분 자체의 제4 요소(42)의 나사결합/나사결합 해제에 의해 조정되어서, 피스톤(52)의 톱니(62)와의 가능한 간극을 줄이도록 보장할 수 있다.
예를 들면 원통형 코일 스프링으로 제조되는 스프링(72)은 구동 부분(10)의 2개의 환형 요소(14, 16) 사이의 공간(18) 내부와 피스톤(52)의 안내부(54) 내부에 수용되어서, 압력 챔버(66) 내의 유체의 압력에 의해 가해지는 힘에 대해 반대 방향으로 작용하는 피스톤 상의 축방향 힘, 다시 말해 피스톤(52)의 전방 톱니(60, 62)를 구동 부분(10)의 제1 요소(14) 및 피동 부분(12)의 제3 요소(36) 각각의 대응하는 전방 톱니(24, 40)로부터 분리시키기 쉬운 힘을 가한다. 스프링(72)은 일단부(도 1의 관찰자에 대한 우측 단부)에서 피스톤(52)의 안내부(54)의 수직한 바닥벽(74)에 대해 및 타단부(도 1의 관찰자에 대한 좌측 단부)에서 나사(80)를 통해 피동 부분(12)의 제2 요소(28)에 고정되는 컵 요소(78)의 수직한 바닥 벽(76)에 대해 유지된다. 상세한 설명의 나머지에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 스프링(72)은 설정된 최대 토크값이 초과됨으로 인해 안전 커플링이 개방될 때, 압력 챔버(66)로부터 유체의 완전한 배기를 보장하는 기능을 갖는다.
다시 도 1을 참조하면, 피동 부분(12)의 제3 요소와 피동 부분(12)의 제2 요소의 부분(32) 사이에 삽입된 개스킷(82) 및 구동 부분(10)의 제1 요소(14)와 피동 부분(12)의 제3 요소 사이에 삽입된 개스킷(84)은 전방 톱니(24, 40, 60, 62)의 커플링 표면을 윤활시키는데 사용되는 윤활제의 누출을 방지한다.
피동 부분(12)의 제2 요소(28)와 구동 부분(10)의 제2 요소(16) 사이에 회전 지지 수단이 장착되며, 회전 지지 수단은 도 1에 도시된 실시예에서 제1 방사상 볼 베어링(86), 제2 축방향 롤러 베어링(88) 및 제3 경사 롤러 베어링(90)을 포함한다. 제1 베어링(86)에 대해, 그 외부 링은 탄성 링(92)을 통하여 축방향 외면상에서 축방향으로 잠기는 반면, 그 내부 링은 구동부(10)의 제2 요소(16)의 부분(98) 상에 조립되는(fitted) 환형 요소(96)의 플랜지(94)를 통하여 축방향 내면상에서 축방향으로 잠긴다. 구동 부분(10)의 제2 요소(16)의 제2 부분(102) 상에 나사결합되는 링 너트(100)는 구동 부분(10)의 제2 요소(16)의 견부(104)에 대해 제2 베어링(88)을 축방향으로 클램핑하며, 전방 톱니(24)를 구비하는 구동 부분(10)의 제1 요소(14)의 축방향 운동과 함께 상기 제2 요소의 축방향 위치를 조정되도록 한다. 코킹(106)은 링 너트(100)가 구동 부분(10)의 제2 요소(16)의 제2 나사 가공된 부분(102)으로부터 나사결합이 해제되는 것을 방지한다. 탄성 요소(108)는 베어링(86) 내의 가능한 축방향 간극을 줄이도록, 링 너트(100)와 환형 요소(96) 사이에 축방향으로 삽입되며 탄성적으로 압축된다.
도 1의 세부도(A)는 전방 톱니(40, 62)를 맞물린 상태로 상부로부터 도시한다.
이제 도 2 내지 도 5를 참조하여, 전달되는 토크의 소정의 최대값이 초과될 때 커플링의 자동 개방을 제어하는 안전 커플링의 밸브 장치가 지금부터 설명될 것이다.
먼저, 도 2의 세부도(A)는 맞물린 상태에 있는 구동 부분(10)의 제1 요소(14) 및 피스톤(52) 각각의 전방 톱니(24 및 62)의 확대도를 도시한다. 전방 톱니들은 압력 챔버(66) 내에 있는 유체의 예비하중 압력(pl)으로부터 발생하는 축방향 힘의 강도와 전술한 바와 같이 압력 챔버(66) 내의 유체의 압력에 의해 발생된 축방향 힘에 대해 반대 방향으로 작용하는 스프링(72)에 의해 발생되는 축방향 힘의 강도 사이의 차이와 동일한 강도의 축방향 힘(Fl)에 의해 서로에 대해 축방향으로 압박된다. 구동 부분(10)에 의해 제1 요소(14)를 통하여 전달되는 토크는 피스톤(52)의 전방 톱니(60) 상에 축방향 성분(Fau)을 갖는 접선 방향 힘(Ft)을 발생시킨다. 결과적인 축방향 힘, (전방 톱니들의 프로파일 사이의 마찰의 영향을 무시하는) 그 힘의 강도는 접선 방향 힘(Ft)의 축방향 성분의 강도와 축방향 힘(Fl)의 강도 사이의 차이와 동일하며, 압력 챔버(66) 내에 포함된 유체에 과도한 압력(pau)을 발생시킨다. 압력 챔버(66) 내의 유체의 압력(p2)은 예비하중 압력(pl)과 과도한 압력(pau)의 합과 동일하다. 압력 챔버(66) 내의 유체의 압력(p2)은 그러므로 축방향 힘(Fau)에 의해 야기되고, 또한 접선 방향 힘(Ft)에 의해 발생되는 압력(pau)에 비례하며, 따라서 커플링에 의해 전달되는 토크에 비례한다.
하기의 상세한 설명의 관점에서 보다 잘 이해되는 바와 같이, 본 발명에 따른 안전 커플링의 밸브 장치는 압력 챔버(66)의 방출, 및 그에 따라 압력 챔버(66) 내의 압력이 사용자에 의해 조정될 수 있는 소정의 최대 토크값에 대응하는 소정의 최대 압력값에 도달할 때, 단지 스프링(72)에 의해 가해진 축방향 힘을 받기 쉬운 점에서, 피동 부분(12) 및 구동 부분(10) 각각의 전방 톱니(24, 40)와 피스톤(52)의 전방 톱니(60, 62) 사이의 분리(disengagement)를 자동으로 제어하도록 배치된다.
이와 관련하여, 밸브 장치는 먼저 릴리프 밸브(110)를 포함하고, 릴리프 밸브는 도 2에 도시된 실시예에서 피동 부분(12)의 제1 요소(26) 내에 형성된 (바람직하게는 원통형 형상인) 적절한 시트(12) 내에 수용되지만, 예를 들면 적합한 나사 가공된 연결구(threaded fitting)에 의해 제1 요소의 외부에 장착될 수도 있다. 릴리프 밸브(110)는 압력 챔버에 있는 압력(p2)을 감지하도록 도관(114)을 통해 압력 챔버(66)와 유체소통한다. 릴리프 밸브는 개방되도록 (사용자에 의해 조정될 수 있는) 소정의 설정 압력(pt)에 놓임으로써, 압력(p2)이 설정 압력(pt)을 초과할 때, 압력 챔버(66)로부터 유체의 방출을 허용한다.
특히 도 3을 참조하면, 릴리프 밸브(110)는 기본적으로 본체(116)를 포함하고, 본체는 디스크(118)와 본체(116) 사이에 삽입되는 컵 요소(120), 고정 디스크(118) 및 시트(112)의 축을 따라 미끄러질 수 있도록 장착된다. 본체(116)는 시트(112)와 환형 갭(126)을 형성하도록 바닥을 향해 테이퍼지며(tapered) 더 작은 외경을 갖는 하부(124) 및 시트(112)의 외경과 실질적으로 동일한 외경을 갖는 중공형 실린더 형태의 상부(122)를 포함한다. 시트(112)와 본체(116)의 하부(124) 사이에 개스킷(128)이 삽입된다. 복수의 도관(130)이 본체(116)의 하부(124)를 가로질러서, 밸브 부분을 환형 갭(126)과 유체 소통하는 본체부(124) 위에 놓는다. 본체(116)의 하부(124)의 저면상에, 바람직하게 원뿔 형의 개스킷(132)이 장착되고, 이 개스킷은 릴리프 밸브(110)의 폐쇄 상태에서 도관(114)을 시트(112)와 유체 소통하게 놓는 오리피스(134)를 밀봉한다.
릴리프 밸브(110)는 또한 스프링(136)을 포함하며, 스프링은 바람직하게 본체(116)의 상부(122)와 컵 요소(120) 사이에 존재하는 환형 자유 공간 내에 배치되는 원통형 코일 스프링으로 제조된다. 스프링(136)은 컵(120)의 바닥 플랜지에 대해 그 하단부를, 시트(112)의 적합한 내부 나사 가공된 부분에 나사 결합되는 링 너트(138)에 대해 그 상단부를 유지시킨다. 스프링(136)은 본체(116)를 따라 컵(120)을 아래로 압박하여서, 개스킷(132)을 통해 오리피스(134)가 계속 폐쇄되게 한다.
릴리프 밸브(110)는 또한 컵 요소(120)의 축을 따라 연장하는 핀 요소(140)를 포함하고, 컵 요소(120)의 바닥 벽에 제공되는 동축의 구멍(142) 내에 미끄럼 가능하게 수용된다. 핀 요소(140)는 바닥에 헤드(144)를 형성하며, 헤드는 구멍(142)을 밀봉하도록 개스킷(146)을 구비한다. 컵 요소(120) 내에 수용되는 스프링(148)은 컵 요소(120)의 바닥벽에 대해 핀 요소(140)의 헤드(144)를 압박하여서, 150으로 지시되는 컵 요소(120)의 내부 챔버를 계속 폐쇄되게 한다. 핀 요소(140)의 외면에는 복수의 홈(152)이 제공되며, 복수의 홈은 핀 요소(140)가 도 3에 도시된 폐쇄 위치로부터 도 5에 도시된 개방 위치로 이동할 때, 챔버(150)로부터 구멍(142)을 통하여 유체를 통과하게 하는 기능을 갖는다. 도 3의 폐쇄된 위치에서, 핀 요소(140)는 컵 요소(120)의 바닥벽의 외면을 지나 돌출한다.
릴리프 밸브(110)의 디스크(118)는 유지 링(156)에 의해 시트(112)의 견부(154)에 대해 잠긴다. 디스크(118)는 복수의 관통공(158)(도시된 예시 - 도 4 - 에서 120°로 배치된 3개의 원형 개구)을 가지며, 복수의 관통공은 안전 밸브(110)의 방출 상태에서, 챔버(150)로부터 구멍(142)을 통해 나오는 유체의 방출과, 스프링(136)의 예비하중을 조정하기 위해 링 너트(138)를 회전시키기 적합한 키(key)의 통행을 허용하는 기능을 갖는다.
도 3에 도시된 릴리프 밸브(110)의 폐쇄 상태는, 압력 챔버(66) 내의 유체와 동일한 압력(p2)인 오리피스(134) 내의 압력에 의해, 개스킷(132) 및 그에 따라 본체(116)에 가해진 힘(F2)이 시트(112)의 내면과 개스킷(128) 사이의 마찰력 및 스프링(136)에 의해 가해진 힘의 합에 의해 제공되는 반력(Rl)을 초과할 때까지 유지된다. 스프링(136)의 힘 및 그에 따라 릴리프 밸브(110)의 설정 압력(pt)은 링 너트(138)에 의해 조정 가능하다.
이제 도 5를 참조하면, 오리피스(134) 내의 압력에 의해 개스킷(132) 및 그에 따라 본체(116)에 가해진 힘(F2)이 반력(Rl)을 초과할 때, 개스킷(132), 본체(116), 컵 요소(120) 및 핀 요소(140)에 의해 형성되는 조립체는 시트(112)의 바닥면에 대해 상승하며, 그에 따라 압력 챔버(66)로부터 도관(114) 및 오리피스(134)를 통해 갭(126)으로 및 이곳으로부터 도관(130)을 통해 챔버(150)로 유체를 통과하게 한다. 핀 요소(140)가 디스크(118)에 대해 접합되면, 컵 요소(120)를 추가로 들어올리는 것이 핀 요소(140)를 폐쇄된 위치로부터 개방된 위치로 이동하게 하며, 그에 따라 챔버(150)로부터 디스크(118) 내의 개구(158) 및 핀 요소(140) 내의 홈(152)으로의 유체의 방출을 허용한다.
따라서, 안전 커플링에 의해 전달되는 토크가 압력 챔버(66) 내의 유체의 압력(p2)이 릴리프 밸브(110)의 설정 압력(pt)보다 더 큰 정도일 때, 릴리프 밸브(110)는 폐쇄 상태로부터 방출 상태로 이동함으로써, 압력 챔버(66) 내에 포함된 유체의 방출 및 그에 따라 피동 부분(12)의 제3 요소(36) 및 구동 부분(10)의 제1 요소(14)의 관련 전방 톱니(24, 40)로부터의 피스톤(52)의 전방 톱니(60, 62)의 분리를 허용한다. 방출 상태로 이동하면, 릴리프 밸브(110)는 스프링(136)에 의해 본체(116) 상에 가해진 반작용을 극복할 수 있는 유체 내의 압력을 발생시키도록 피스톤(52)에 작용하는 스프링(72)이 선택되는 점으로 인해 이러한 상태로 유지되며, 따라서 오리피스(134)를 계속 개방되게 유지한다. 이로 인해 우측으로의 피스톤(52)의 완전한 병진운동 및 그에 따라 피동 부분(12) 및 구동 부분(10)의 톱니로부터 피스톤 자체의 전방 톱니의 완전한 분리를 보장할 수 있다. 안전 커플링(110)의 개방 상태가 도 6에 도시된다.
바람직하게, 본 발명에 따른 안전 커플링은 압력 챔버(66) 내의 유체의 가능한 누출을 자동으로 복구함으로써 예비하중 압력(pl) 및 그에 따라 안전 커플링이 개방되는 최대 토크값을 일정하게 유지시키는 기능을 갖는 저장 장치(160)를 또한 포함한다. 저장 장치는 도 2 및 도 6의 세부도(B) 및 도 7의 확대도 모두에서 도시된다. 도 2에서, 저장 장치는 안전 커플링의 폐쇄된 상태에 대응하는 위치에 있도록 도시되지만, 도 6 및 도 7에서 저장 장치는 안전 커플링의 개방 상태에 대응하는 위치에 있도록 도시된다.
특히 도 7을 참조하면, 저장 장치(160)는 먼저, 릴리프 밸브(110)를 수용하는 시트(112)에 대한 정반대 쪽에 대해 도시되는 예시에서, 피동 부분(12)의 제2 요소(30) 내에 제공되는 시트(164) 내에 미끄럼 가능하게 수용되는 피스톤(162)을 포함하며, 이 피스톤(162)은 시트(164)와 함께 압력 챔버(66)의 예비하중 압력(pl)에서 압축 유체로 채워지는 평형 챔버(166)(도 2)를 형성한다. 원통형 코일 스프링으로서 도시된 예시에서 형성되는 직렬로 작용하는 한 쌍의 스프링(168, 170)은 피스톤(162)을 평형 챔버(166)의 바닥벽을 향해 압박하며, 그에 따라 그 내부에 포함된 유체를 방출시키는데 도움이 된다.
저장 장치는 또한 평형 챔버(166)와 유체 소통하는 챔버(174)와, 도관(178)을 통해 압력 챔버(66)와 유체 소통하는 챔버(176) 사이에 삽입되는 체크 밸브(172)를 포함한다. 도 7의 세부도(A)에서 확대되어 도시된 체크 밸브(172)는 스템(stem; 182) 및 스프링(184)을 구비하는 셔터(180)를 포함하며, 스프링은 셔터(180)를 폐쇄 상태로 유지시키는데 도움이 된다. 따라서, 체크 밸브(172)는 평형 챔버(166)로부터 압력 챔버(66)로의 방향으로만 유체를 통과하게 한다. 압력 챔버(66)로부터 유체가 누출되는 경우, 이 챔버 내의 압력은 감소하며, 챔버(174, 176)들 사이의 압력차로 인해, 평형 챔버(166) 내에 포함된 유체를 본래의 압력값(pl)이 회복될 때까지 압력 챔버(66)로 유동하게 하는 체크 밸브(172)가 개방된다. 투명한 리드(lid; 186)는 사용자가 피스톤(162)의 위치를 확인할 수 있도록 하며, 그에 따라 평형 챔버(166)의 충전 상태를 확인할 수 있게 한다.
안전 커플링에 의해 전달되는 최대 토크값이 초과된 경우, 릴리프 밸브(110)를 개방할 때, 체크 밸브(172) 하류의 압력 강하는 평형 챔버(166)의 바닥면에 대해 스프링(168, 170)에 의해 압박되는 피스톤(162)의 완전한 변위를 일으킨다. 이러한 위치에서, 체크 밸브(172)의 셔터(180)의 스템(182)과 상호 작동하는 제어 돌기(188)를 구비하는 피스톤(162)은 셔터(180)를 계속 상승되게 하며 그에 따라 체크 밸브(172)를 계속 개방되게 한다.
마지막으로, 도 8을 참조하면, 피동 부분(12)의 제1 요소(26) 내에서, 소위 재설정 단계(resetting step)시, 즉 안전 커플링이 개방된 후에 폐쇄 상태로 되돌아갈 때, 유체를 압력 챔버(66)로 공급되게 하기 위해, 공급 마우스(190)가 제공되며, 공급 마우스는 통로(192)를 통해 체크 밸브(172) 상류의 챔버(174)로 개방되는 공급 도관(194)과 유체 소통한다. 나사결합 밸브(196)가 통로(192)를 개방되게 하거나 폐쇄되게 한다.
안전 커플링의 재설정 작업은 하기의 방법으로 일어난다. 먼저, 커플링의 피동 부분(12)은 릴리프 밸브(110)가 최고 위치에 오게 될 때까지 회전되어서, 충전중에 압력 챔버(66)의 중력에 의해 공기를 배출되게 한다. 이때, 공급 설치구(supply fitting)(미도시)를 공급 마우스(190)로 삽입시키고, 나사결합 밸브(196)를 개방시키며, 압력 챔버(66)와 소통하는 퍼지 밸브(198)(도 2 및 도 6)를 개방시킨 후에, 압력 챔버(66)의 중력에 의해 충전이 실행된다. 충전 단계동안 릴리프 밸브(110)를 개방되게 유지하기 위해, 이 밸브의 컵 요소(120)는 적합한 핸들(200)에 의해 상승되며, 핸들은 사용자가 붙잡을 수 있고, 이 요소에 제공되며 외부로부터 디스크(118) 내의 개구(158) 중 하나로 접근할 수 있는 나사 가공된 막힌 구멍(202)(도 3 및 도 5)으로 그 단부 중 하나를 이용하여 나사 결합될 수 있다. 순수한 유체가 기포 없이 릴리프 밸브(110)로부터 및 퍼지 밸브(198)로부터 나오자마자, 릴리프 밸브(110)는 폐쇄 위치로 되돌아가게 되며 퍼지 밸브(198)는 폐쇄된다. 이때, 압축 유체가 챔버(66) 내에서 펌핑되기 시작한다. 따라서, 피동 부분(12) 및 구동 부분(10) 각각의 전방 톱니(24, 40)와 피스톤 자체의 전방 톱니(60, 62) 사이의 완전한 맞물림에 이르기까지, 피스톤(52)은 스프링의 힘에 대해 (도 1, 2 및 6의 관찰자에 대해) 좌측으로 이동된다. 동시에, 저장 장치(160)의 피스톤(162)은 (도 7의 관찰자에 대해) 우측으로 이동되며, 평형 챔버(166)는 압축 유체로 채워진다. 예비하중 압력(pl)이 도달되면, 나사결합 밸브(196)는 공급 마우스(190)와 공급 도관(194) 사이의 유체 소통을 차단하도록 폐쇄되며, 공급 설치구는 공급 마우스(190)로부터 나사결합이 해제된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 안전 커플링은 전달되는 토크를 탐지하기 위한 장치를 구비할 수 있으며, 이 장치는 기본적으로 (앞서 설명된 바와 같이 커플링의 피동 부분과 구동 부분 사이에서 전달되는 토크에 비례하는) 압력 챔버 내의 압력을 탐지하기 적합한 압력 변환기 및 압력 변환기에 의해 공급되는 신호를 고정식 또는 이동식 수신기로 보내기 적합한 송신기를 포함한다. 따라서, 사용자는 안전 커플링에 의해 전달되는 토크의 값을, 요청시 또는 순간순간마다 확인할 수 있다.
물론, 변화되지 않고 남아 있는 본 발명의 원리, 실시예 및 제조상의 세부사항은 비제한적인 예로서만 도시되고 설명된 바에 대해서 광범위하게 변화될 수 있다.

Claims (14)

  1. 회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링으로서:
    구동 부분(10)과 피동 부분(12)으로서, 동일한 회전 축(X)을 중심으로 회전하고, 각각 제1 토크 전달 수단(14, 24) 및 제2 토크 전달 수단(30, 36, 40, 52, 60, 62)을 구비하며, 상기 제1 및 제2 토크 전달 수단은 상기 커플링의 두 부분(10, 12) 사이에서 토크를 전달하기 위해 서로 정상적으로 맞물리는 전방 톱니(24, 40, 60, 62)를 갖는, 구동 부분(10)과 피동 부분(12); 및
    상기 제1 토크 전달 수단(14, 24) 및 제2 토크 전달 수단(30, 36, 40, 52, 60, 62)의 상기 전방 톱니(24, 40, 60, 62)를 분리시키도록 배치되며, 그에 따라 상기 커플링의 두 부분(10, 12) 사이에서 전달된 토크가 소정의 최대값을 초과할 때 토크 전달을 중단시키는, 토크 감응식 개방 수단(torque-sensitive opening means; 66, 72, 110)을 포함하며,
    상기 토크 감응식 개방 수단(66, 72, 110)은 비압축성 유체로 채워진 압력 챔버(66) 및 상기 압력 챔버(66) 내에서 소정의 최대 유체 압력값(Pt)이 초과되면 상기 압력 챔버(66)로부터 유체를 방출하게 하는 밸브 수단(110)을 포함하고,
    상기 압력 챔버(66)와 상기 제1 토크 전달 수단(14, 24) 및 제2 토크 전달 수단(30, 36, 40, 52, 60, 62)은,
    상기 압력 챔버(66) 내의 유체의 압력이 상기 제1 토크 전달 수단(14, 24)과 제2 토크 전달 수단(30, 36, 40, 52, 60, 62)의 상기 전방 톱니(24, 40, 60, 62)에 힘을 가하여, 상기 커플링의 두 부분(10, 12) 사이에서의 토크 전달을 위해 상기 톱니를 계속해서 맞물리게 하고,
    상기 제1 토크 전달 수단(14, 24)과 제2 토크 전달 수단(30, 36, 40, 52, 60, 62)의 전방 톱니(24, 40, 60, 62)를 통하여 상기 커플링의 두 부분(10, 12) 사이에서 전달된 토크가 전달되는 토크에 비례하여 상기 압력 챔버(66) 내의 유체의 압력을 증가시키며, 그에 따라 상기 토크의 최대값이 상기 최대 압력값(pt)에 관련되도록 형성되는
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 토크 전달 수단(14, 24)은 제1 전방 톱니(24)를 갖고, 상기 제2 토크 전달 수단(30, 36, 40, 52, 60, 62)은 상기 제1 전방 톱니(24)와 동일하며 상기 회전축(X)에 대해 직각인 평면에 놓인 제2 전방 톱니(40)를 가지며,
    상기 제2 토크 전달 수단(30, 36, 40, 52, 60, 62)은 상기 제1 전방 톱니(24)와 맞물리도록 배치되는 제3 전방 톱니(60) 및 상기 제2 전방 톱니(40)와 맞물리도록 배치되는 제4 전방 톱니(62)를 갖는 축방향으로 이동 가능한 피스톤(52)을 더 포함하고,
    상기 피스톤(52)은 상기 압력 챔버(66) 내의 유체의 압력에 의해 상기 제1 전방 톱니(24) 및 제2 전방 톱니(40)를 향하여 압박되어, 상기 커플링의 정상 작동의 폐쇄 상태에서, 상기 전방 톱니(24, 40, 60 및 62) 사이의 맞물림 및 그에 따라 상기 구동 부분(10)과 피동 부분(12) 사이에서의 토크의 전달을 보장하는
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 전방 톱니(40)는 상기 톱니를 상기 제1 전방 톱니(24)와 동일한 평면 내에 위치되게 하도록 축방향으로 조정 가능한 상기 피동 부분(12)의 요소(36)에 의해 형성되는
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 피스톤(52)은 상기 회전 축(X)과 축이 일치하는 상기 피동 부분(12)의 원통형 구멍(56) 내에서 축방향으로 미끄러지도록 안내되는 안내부(54)를 포함하는
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 피동 부분(12)은 축방향으로 고정된 요소(30)를 포함하며, 상기 축방향으로 고정된 요소(30)는 상기 원통형 구멍(56)을 갖고, 상기 피스톤(52)과 함께 상기 압력 챔버(66)를 둘러싸는
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
  6. 제3 항 및 제5 항에 있어서,
    상기 피동 부분(12)의 상기 축방향으로 고정된 요소(30) 및 상기 축방향으로 조정 가능한 요소(36)는 회전을 위해 스플라인 커플링(38)에 의해 서로 연결되는
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
  7. 제2 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 토크 감응식 개방 수단(66, 72, 110)은 상기 압력 챔버(66) 내의 유체의 압력에 의해 가해진 힘에 대한 반대 방향으로 상기 피스톤(52)을 압박하는 제1 탄성 수단(72)을 더 포함하는
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 수단(110)은 상기 압력 챔버(66)와 소통하는 도관(114)의 단부에 배치되는 릴리프 밸브(110)를 포함하며, 상기 릴리프 밸브(110)는 상기 도관(114)을 밀봉하는 폐쇄 위치와, 상기 도관(114)을 개방시켜 상기 도관을 통해 상기 압력 챔버(66) 내에 포함된 유체를 방출되게 하는 방출 위치 사이에서 이동 가능하여, 상기 최대 압력값(pt)은 상기 릴리프 밸브(110)의 설정 압력과 동일한
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 릴리프 밸브(110)는 상기 도관(114)을 폐쇄시키는 이동성 본체(116) 및 상기 도관(114)을 폐쇄시키는 위치에 상기 릴리프 밸브를 유지시키는 상기 이동성 본체(116) 상에 힘을 가하는 제2 탄성 수단(136)을 포함하는
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
  10. 제8 항 또는 제9 항에 있어서,
    상기 릴리프 밸브(110)는 상기 설정 압력을 조정하기 위한 조정 수단(138)을 구비하는
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
  11. 제9 항 및 제10 항에 있어서,
    상기 릴리프 밸브(110)의 조정 수단(138)은 상기 제2 탄성 수단(136)의 예비하중(preloading)을 조정하도록 배치되는 링 너트(138)를 포함하는
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 챔버(66)에서 가능한 유체 누출을 자동으로 보상하도록 제공되는 유체 저장 수단(160)을 더 포함하는
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 유체 저장 수단(160)은 각각의 시트(164) 내에 미끄럼 가능하게 배치되는 피스톤(162)으로서, 상기 피스톤을 이용하여 압축 유체(pressurised fluid)로 채워지고 상기 압력 챔버(66)와 소통하도록 놓일 수 있는 평형 챔버(166)를 형성하는 피스톤, 및 상기 평형 챔버(166)로부터 상기 압력 챔버(66)로의 방향으로만 유체를 통과시키도록 배치되는 체크 밸브(172)를 포함하는
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 챔버(66) 내의 유체의 압력을 나타내는 신호를 공급하는 압력 센서 수단, 상기 압력 센서 수단에 의해 공급되는 신호를 전달하는 송신기(transmitter) 수단, 및 상기 송신기 수단에 의해 전달된 신호를 수신하는 수신기 수단을 더 포함하여서, 상기 안전 커플링에 의해 전달되는 토크를 모니터링하게 하는
    회전 운동의 전달을 위한 안전 커플링.
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