KR20120100800A - 용적식 유체 펌프 - Google Patents

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Abstract

유체 펌프는 모터, 내측 기어 로우터 및 외측 기어 로우터를 포함하고 있다. 상기 내측 기어 로우터는 모터에 의해 축을 중심으로 회전하도록 구동되며 복수의 바깥쪽으로 뻗어 있는 톱니를 가지고 있다. 상기 외측 기어 로우터는, 내측 기어 로우터가 회전할 때 외측 기어 로우터가 제2 축을 중심으로 회전하게 구동되도록 상기 내측 기어 로우터의 톱니와 맞물리는 복수의 안쪽으로 뻗어 있는 톱니를 가지고 있다. 상기 내측 기어 로우터와 외측 기어 로우터 중의 적어도 하나는 플라스틱 재료로 형성되어 있다.

Description

용적식 유체 펌프{POSITIVE DISPLACEMENT FLUID PUMP}
본 발명은 대체로 유체 펌프에 관한 것으로서 보다 상세하게는 용적식 유체 펌프에 관한 것이다.
전기 모터로 구동되는 펌프는 다양한 유체를 이송하는데 사용될 수 있다. 자동차와 같은, 몇 가지 사용처에서, 전기 모터로 구동되는 펌프가 연료를 연료 탱크로부터 연소 엔진으로 이송하기 위해 사용된다. 다른 사용처에서는, 상기 펌프가 내연 엔진 특히 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 내에 존재하는 질소 산화물을 감소시키기 위해서 사용되는 것과 같은 첨가제를 이송하기 위해서 사용될 수 있다.
본 발명의 목적은 개량된 용적식 유체 펌프를 제공하는 것이다.
유체 펌프는 모터, 내측 기어 로우터 및 외측 기어 로우터를 포함하고 있다. 상기 내측 기어 로우터는 모터에 의해 축을 중심으로 회전하도록 구동되며 복수의 바깥쪽으로 뻗어 있는 톱니를 가지고 있다. 상기 외측 기어 로우터는, 내측 기어 로우터가 회전할 때 외측 기어 로우터가 제2 축을 중심으로 회전하게 구동되도록 상기 내측 기어 로우터의 톱니와 맞물리는 복수의 안쪽으로 뻗어 있는 톱니를 가지고 있다. 상기 내측 기어 로우터와 외측 기어 로우터 중의 적어도 하나는 플라스틱 재료로 형성되어 있다.
적어도 몇 가지 실시형태에서는, 유체 펌프가 모터, 제1 펌프 몸체, 제1 펌프 몸체에 인접한 제2 펌프 몸체, 내측 기어 로우터, 외측 기어 로우터 및 가이드 핀을 가지고 있다. 내측 기어 로우터는 제1 펌프 몸체와 제2 펌프 몸체 사이에 수용되어 있고, 모터에 의해 축을 중심으로 회전하도록 구동되며 복수의 바깥쪽으로 뻗어 있는 톱니를 가지고 있다. 외측 기어 로우터는 제1 펌프 몸체와 제2 펌프 몸체 사이에 수용되어 있으며, 내측 기어 로우터가 회전할 때 외측 기어 로우터가 제2 축을 중심으로 회전하게 구동되도록 내측 기어 로우터의 톱니와 맞물리는 복수의 안쪽으로 뻗어 있는 톱니를 가지고 있다. 내측 기어 로우터와 외측 기어 로우터 중의 적어도 하나는 플라스틱 재료로 형성되어 있다. 가이드 핀은 제1 펌프 몸체와 제2 펌프 몸체 중의 적어도 하나에 의해 지지되어 있으며 내측 기어 로우터의 회전 축을 형성할 수 있다. 상기 가이드 핀은, 상기 내측 기어 로우터가 플라스틱으로 형성되는 경우 금속으로 형성되고, 상기 내측 기어 로우터가 금속으로 형성되는 경우, 상기 가이드 핀은, 가이드 핀과 내측 기어 로우터 사이에 부싱을 포함한다.
펌프용 구성요소를 만드는 방법도 개시되어 있다. 상기 방법은 플라스틱 재료로 제1 펌프 몸체를 형성하는 단계, 가이드 핀을 제1 펌프 몸체에 성형하는 단계, 그리고 캐버티의 위치결정용 기준으로서 가이드 핀을 이용하여 제1 펌프 몸체에 캐버티를 기계가공하는 단계를 포함하고 있다. 이러한 방식으로, 외측 기어 로우터가 상기 캐버티 내에 적어도 부분적으로 배치될 때, 외측 기어 로우터는 가이드 핀에 대해 정확하게 위치결정된다.
아래의 바람직한 실시예 및 최적 유형의 상세한 설명은 첨부된 도면과 관련하여 기술된다.
도 1은 유체 펌프의 측면도이고;
도 2는 도 1의 유체 펌프의 단면도이고;
도 3은 유체 펌프의 분해도이고; 그리고
도 4는 유체 펌프의 펌프작용 요소들을 나타내는 유체 펌프의 펌프작용 조립체의 사시도이다.
도면을 보다 상세하게 참고하면, 도 1 내지 도 3은 전기 모터(14)에 의해 회전하도록 구동될 수 있는 용적식 펌프(positive displacement pump) 조립체(12)를 가지고 있는 유체 펌프(10)를 도시하고 있다. 유체 펌프(10)는 본 설명의 나머지 부분의 목적에 부합하는 선택적 환원 촉매(SCR) 반응물질을 포함하여 임의의 적절한 유체를 이송하는데 사용될 수 있다.
선택적 환원 촉매(SCR) 시스템은 선택적 환원 촉매(SCR) 반응물질을 액체 상태 또는 고체 상태로 저장한다. 선택적 환원 촉매(SCR) 반응물질은 요소-(NH2)2CO-물의 조합물을 포함할 수 있다. 선택적 환원 촉매(SCR) 반응물질의 한 예는 요소수 용액(aqueous urea solution)에 대해 독일 자동차 산업 협회가 보유하고 있는 등록 상표인 ADBLUE이다. 선택적 환원 촉매(SCR) 반응물질은 엔진의 하류부와 하나 이상의 촉매 변환장치의 상류부의 배기 가스의 유동속으로 전달된다. 대표적인 선택적 환원 촉매(SCR) 시스템은 배기 시스템 내의 선택적 배출 촉매(selective discharge catalyst), 선택적 환원 촉매(SCR) 반응물질의 일정량을 하류 촉매에 제공하는 인젝터, 및 선택적 환원 촉매(SCR) 반응물질 전달 시스템을 포함하고 있다.
유체 펌프(10)는 펌프 조립체(12)를 구동시키기 위해 펌프 조립체(12)에 결합된 모터(14)를 포함할 수 있다. 도시된 실시형태에서는, 모터(14)가 자기 커플링을 통하여 펌프 조립체(12)를 구동시킨다. 이러한 방식에서는, 모터를 이송되는 유체로부터 분리되게 유지하기 위해서, 필요하다면, 모터(14)가 분할 벽(16)에 의해 펌프 조립체(12)로부터 분리될 수 있다. 모터(14)와 펌프 조립체(12)는, 필요하다면, 메인 하우징(18)에 의해 물리적으로 함께 연결될 수 있다. 메인 하우징(18)은 금속 또는 플라스틱으로 형성될 수 있는 튜브형 셸(20), 모터에 인접해 있는 셸(20)의 단부를 폐쇄할 수 있는 모터 커버(22)(플라스틱 또는 금속으로 형성), 및 펌프작용 조립체(12)에 인접해 있는 셸(20)의 단부의 적어도 일부를 폐쇄할 수 있는 펌프 커버(24)(금속 또는 플라스틱으로 형성)를 포함할 수 있다. 모터 커버(22)는 모터(14)에 전력을 공급하기 위해 와이어가 통과할 수 있는 개구(26)를 포함할 수 있다. 펌프 커버(24)는 입구(28)와 출구(30)를 포함할 수 있고, 상기 입구(28)를 통하여 액체상태의 선택적 환원 촉매(SCR) 반응물질이 탱크의 내부로부터 펌프로 추출되고, 상기 출구(30)를 통하여 압축된 액체상태의 선택적 환원 촉매(SCR) 반응물질이 펌프로부터 배출된다. 셸(20)은 모터 커버(22) 및 펌프 커버(24) 둘레에 주름진 형태(crimp) 또는 원통 형태(roll)로 되거나, 이와 다른 방식으로 형성되거나 또는 모터 커버(22) 및 펌프 커버(24)를 유지하기에 적합하게 구성될 수 있다. 셸(20)은 압입부(indentation), 리브(rib)(32) 또는 셸(20) 내의 주어진 위치에 모터(14)를 배치시키거나 모터(14)와 결합되기에 적합한 다른 구조와 같은 내부 정지부(internal stop)를 포함하거나 구비할 수 있다.
모터 조립체는 모터(14) 및 모터(14)와 함께 회전하거나 모터(14)에 의해 회전되는 출력 샤프트(34)를 포함할 수 있다. 모터(14)는 예를 들면, 브러시 타입 DC 모터와 브러시없는(brushless) DC 모터를 포함하여 임의의 적절한 구조로 될 수 있다. 예를 들면, 모터(14)는 약 4,500 RPM에서 13 볼트와 1.6 암페어로 약 30 m-Nm의 토크를 제공할 수 있고, 홍콩의 존슨 일렉트릭 인더스트리얼 매뉴팩토리 사(Johnson Electric Industrial Manufactory Ltd.)로부터 구입할 수 있는 HC 시리즈 모터(HC series motor)가 될 수 있다. 다른 모터는 모델 번호 BLDC36로서 일본의 미네베아 사(Minebea Co., Ltd.)에 의해 제공되는 것이다. 모터(14)는 모터의 내부 구성요소들을 둘러싸는 케이싱(36)을 가질 수 있고, 모터 케이싱(36)은 셸(20) 내에 밀착되게 수용될 수 있다. 출력 샤프트(34)는 구동 구조를 가지거나 그렇지 않으면 구동 부재(38)에 결합될 수 있다. 구동 구조 또는 구동 커플링은 세트 스크루(도시되어 있지 않음), 스플라인 연결부, 맞물리는 비원형 구동 구조(예를 들면, 출력 샤프트(34) 상에 그리고 부싱(39) 내에 있는 평면부)를 포함할 수 있고, 물론, 다른 구조가 사용될 수도 있다.
구동 부재(38)는 출력 샤프트(34)에 결합된 하우징(40)과 이 하우징(40)에 의해 지지되어 있으며 출격 샤프트(34) 둘레로 원주방향으로 배치되어 있는 자석(42)과 같은 하나 이상의 자기장 생성 부재를 포함할 수 있다. 하우징(40)은 다양한 플라스틱을 포함하여, 임의의 적절한 재료로 형성될 수 있다. 본 실시형태의 하우징(40)은 이송되는 액체에 노출되지 않기 때문에, 하우징(40)을 액체에 대해 불침투성인 재료 또는 액체와 접촉상태로 사용할 수 있는 재료로 형성할 필요는 없다. 하우징(40)은, 예를 들면, 출력 샤프트(34)에 결합된 스프링 클립과 같은 압입 끼워맞춤구조(press fit) 또는 와셔와 클립에 의해 출력 샤프트(34) 상에 유지되거나 지지될 수 있다. 도시되어 있는 바와 같이, 하우징(40)은 자석(42)이 수용되는 하나 이상의 포켓(44)을 포함하고 있다. 포켓(44)이 자석(42)에 하우징(40)을 오버몰딩(overmolding)하는 것과 같은 방식으로 자석(42)을 완전히 둘러싸거나, 또는 자석이 포켓(44) 내에 배치될 때, 자석의 한 면이 하우징의 한 면을 따라서 노출되도록 포켓(44)이 한 면에서 개방될 수 있다. 이러한 배치에 있어서, 하우징(40)의 상기 면은 분할 벽(16)에 인접하게 배치될 수 있다. 대체로, 자석(42)은 분할 벽(16)에 그리고 분할 벽(16)을 통과하여 자기장을 제공한다.
물론, 자석(42)은, 예를 들면, 링형상의 자석, 평면 디스크 자석(flat disc magnet), 또는 출력 샤프트(34) 둘레로 이격되어 있는 복수의 자석 세그먼트 또는 자석 편을 포함하여 임의의 원하는 형상, 구성 또는 배치상태로 제공될 수 있다. 구동 부재(38)는 스테인레스 강 하우징에 의해 지지되어 있는 하나 이상의 희토류(rare-earth) 자석으로 이루어지거나, 페놀 수지 또는 폴리페닐렌 술파이드 수지(polyphenylene sulfide resin)로 오버몰드(overmold)될 수 있다. 자석(42)은, 예를 들면, 네오디뮴(neodymium), 철, 그리고 붕소로 이루어질 수 있다(Nd2Fe14B). 다른 예에서는, 구동 부재(38)가 미국 메사추세츠주 옥스포드에 있는 마그네틱 테크놀로지즈 사(Manetic Technologies, Ltd.)로부터 구입될 수 있다. 한 가지 예의 커플링(coupling)은 0.2 Nm의 슬립 토크(slip torque)를 가지고 있으며 알루미늄 하우징(40)과 6개의 자석(42)으로 만들어진 MTD-0.2 ASSY이다. 모터(14)에 전력이 공급되면 하우징(40)과 자석(42)은 출력 샤프트(34)와 함께 회전한다.
펌프 조립체(12)는 펌프 하우징(50), 펌프 하우징(50) 내에 배치된 피구동 부재(52) 그리고 이 피구동 부재(52)에 결합되어 피구동 부재(50)에 의해 구동되는 펌프작용 요소(54)를 포함할 수 있다. 피구동 부재(52)는 하우징(56) 및 구동 부재(38)의 자석(42)으로부터 제공되는 자기장에 의해 구동될 수 있는 하나 이상의 자석(58) 또는 다른 부재와 같은, 구동 부재(38)의 자기장에 반응하는 부재를 포함할 수 있다. 피구동 부재 하우징(56)은 구동 부재 하우징(40)과 실질적으로 유사하게 구성될 수 있고 마찬가지로 피구동 부재(56)의 자석(58)은 구동 부재(38)의 자석(42)과 동일한 구성 및 재료로 될 수 있다. 피구동 부재 하우징(56)은 하나 이상의 핑거(60)를 포함할 수 있고, 상기 핑거는 동시회전을 위해 피구동 부재(52)와 펌프작용 요소(54)를 결합시키도록 펌프작용 요소(54)에 결합되도록 구성되어 있다. 피구동 부재 하우징(56)은 또한 베어링 또는 가이드 핀(78)의 일부가 수용될 수 있는 중심 통로(62)를 포함할 수 있다. 게다가, 피구동 부재 하우징(56)은 이송되는 액체에 노출될 수 있기 때문에, 피구동 부재 하우징(56)은 구동 부재 하우징(40)과는 다른 재료로 형성될 수 있으며, 원하는 경우에는, 특히, 이송되는 액체 내에서 사용하기에 적합한 재료로 형성될 수 있다. 상기 자석(58)은, 원하는 경우 또는 특정 사용처에서 필요한 경우에는, 하우징(56) 내에서 밀봉되어 액체로부터 격리될 수도 있다.
도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 펌프작용 요소(54)는 종종 제로터(gerotor) 또는 기어 로우터 타입 펌프라고 불리는 한 쌍의 맞물린 기어를 포함하는 용적식 펌프로 될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 펌프작용 요소(54)는 안쪽으로 뻗어 있는 톱니(66)를 가진 환형 링 기어로 될 수 있는 외측 기어 로우터(64) 및 외측 링 기어의 톱니(66)와 맞물리는 바깥쪽으로 뻗어 있는 톱니(70)를 가진 내측 기어 로우터(68)를 포함하고 있다. 외측 기어 로우터(64) 및 내측 기어 로우터(68)는 제1 펌프 몸체(72)와 제2 펌프 몸체(74) 사이에 배치되어 있다.
제1 펌프 몸체(72)는 피구동 부재 하우징(56)의 반대쪽에 있는 샤프트 또는 가이드 핀(78)의 단부가 수용되는 블라인드 보어(blind bore)(76)를 포함할 수 있다. 제1 펌프 몸체(72)는, 도시된 실시형태에서, 펌프 커버(24)와 제2 펌프 몸체(74) 사이에 끼여 있다. 제1 펌프 몸체(72)는 또한 외측 기어 로우터(64)가 배치되는 캐버티(80)를 포함할 수 있다(물론, 캐버티가 제2 펌프 몸체에 형성되거나, 제1 펌프 몸체와 제2 펌프 몸체의 양쪽에 의해 부분적으로 형성될 수 있다). 외측 기어 로우터(64)의 회전축이 내측 기어 로우터(68)의 회전축으로부터 오프셋되도록 캐버티(80)는 가이드 핀(78)의 축(82)으로부터 오프셋되어 있는 축을 가질 수 있다. 입구 포트(84)는 입구 압력하에서 유체가 외측 기어 로우터(64)와 내측 기어 로우터(68) 사이의 팽창 챔버로 들어갈 수 있도록 하기 위해 제1 펌프 몸체(72)를 관통하여 축방향으로 뻗어 있다. 입구 포트(84)는 펌프 커버(24)내의 입구 통로(28)와 정렬되어 있고, 원하는 경우, 이송되는 액체로부터 오염물을 걸러내기 위해서 필터 또는 스크린(85)이 상기 통로들 중의 한쪽 또는 양쪽 내에 배치되거나, 상기 통로들 사이에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 펌프 조립체(12)로부터 유체가 배출될 수 있도록 하기 위해 출구 포트(86)는 펌프 커버(24)의 출구(30)와 정렬되어 있다.
제2 펌프 몸체(74)는 제1 펌프 몸체(72)와 셸(20)의 플랜지 또는 쇼울더(88) 사이에 수용될 수 있다. 제2 펌프 몸체(74)는 외측 기어 로우터(64) 및 내측 기어 로우터(68) 위에 놓일 수 있고, 펌프작용 챔버를 밀봉하기 위해 외측 기어 로우터(64) 및 내측 기어 로우터(68)에 인접한 대체로 평면인 표면을 포함하여 유체가 출구(86)로 이동될 때가지 펌프작용 챔버 내에 유체를 유지할 수 있으며, 그 결과 유체가 압력을 받아서 펌프 조립체(12)로부터 배출될 수 있다. 제2 펌프 몸체(74)는 개구(90)를 포함할 수 있고, 피구동 부재(52)와 내측 기어 로우터(68)가 함께 결합될 수 있도록 피구동 부재 하우징(56)의 일부분이 상기 개구(90)를 통하여 뻗어 있다.
펌프 하우징(50)은 피구동 부재(52), 제1 펌프 몸체(72) 및 제2 펌프 몸체(74), 그리고 펌프 커버(24)를 함께 결합시킬 수 있다. 펌프 하우징(50)은 분할 벽(16)과 측벽(94)의 모두 또는 일부를 형성할 수 있는 폐쇄 단부를 가진 대체로 컵형태로 될 수 있다. 측벽(94)은 펌프 커버(24) 둘레로 회전하거나 그렇지 않으면 제1 및 제2 펌프 몸체(72, 74) 그리고 펌프 커버(24)를 함께 단단히 유지하기 위해서 펌프 커버(24)에 고정되어 제2 펌프 몸체(74)의 쇼울더 위에 크림프(crimp) 가공될 수 있다. 피구동 부재(52)가 펌프 하우징(50)에 대하여 자유롭게 회전할 수 있도록 하기 위해 펌프 하우징(50)과 피구동 부재(52) 사이에 클리어런스가 형성될 수 있다. 펌프 하우징(50)은 스러스트 디스크(thrust disc)(98)가 수용될 수 있는 캐버티 또는 보스(boss)(96)를 포함할 수 있다. 스러스트 디스크(98)는 피구동 부재 하우징(56)에 의해 지지된 스러스트 핀(100)과 결합되어 피구동 부재(52)의 회전을 위한 베어링 표면을 제공하고 피구동 부재(52)를 분할 벽(16)쪽으로 당기는 자석(42, 58)의 힘에 대항하여 피구동 부재(52)를 펌프 하우징(50)으로부터 간격을 두게 할 수 있다. 구성요소들이 펌프 하우징(50)에 의해 함께 결합되어 있으므로, 셸(20) 내의 모터(14)와 조립을 용이하게 하기 위해 펌프 조립체(12)는 별개로 조립된 유닛으로 될 수 있다.
내측 기어 로우터(68)는, 가이드 핀(78)의 축(82)과 일치될 수 있는 피구동 부재(52)의 축과 동일한 축을 중심으로 회전하도록 내측 기어 로우터(68)에 형성된 슬롯 또는 개구(102)(도 4)에 수용될 수 있는 핑거(60)를 통하여 피구동 부재(52)에 회전가능하게 결합될 수 있다. 내측 기어 로우터(68)는 금속 또는 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 이송되는 액체에 따라, 열경화성 수지(예를 들면, 페놀 수지) 및 열가소성 수지 (예를 들면, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 또는 폴리페닐렌설파이드(PPS))를 포함하여 다양한 플라스틱이 사용될 수 있다. 상기 재료는 약 15 중량퍼센트의 테플론(Teflon) 또는 흑연과 같은 윤활제와 약 30 중량퍼센트의 탄소와 같은 강화 재료를 포함할 수 있고, 또한 상기 재료는 20,000MPa 보다 큰 휨 계수(flexular modulus)를 가질 수 있다. 한 가지 바람직한 실시형태에서는, 페놀 수지가 내측 기어 로우터를 형성하기 위해 사용되며 15 중량퍼센트의 윤활제와 30 중량퍼센트의 탄소를 가지고 있다. 플라스틱으로 형성되는 경우에, 내측 기어 로우터는 최종 형상으로 성형되거나, 성형된 후에 최종 크기 및 형상으로 기계가공될 수 있다. 내부식성이 중요한 경우에는, 플라스틱이나 스테인레스 강과 같은 내부식성 금속이 사용될 수 있다. 스테인레스 강으로 된 내측 기어 로우터는 금속 가이드 핀(78)상에서 마모될 수 있다. 이러한 문제가 발생하는 것을 억제하거나 방지하기 위해서 가이드 핀(78)상에 부싱이 사용될 수 있다. 필수적인 것은 아니지만, 플라스틱 내측 기어 로우터와 금속 가이드 핀 사이에 부싱이 사용될 수도 있다. 가이드 핀(78)은 오스테나이트 강 또는 로크웰 경도 C 스케일상으로 60보다 큰 경도를 가진 텅스텐 카바이드와 같은 다른 재료로 만들어질 수 있다.
상기한 바와 같이, 내측 기어 로우터의 회전축으로부터 오프셋될 수 있는 축을 중심으로 외측 기어 로우터를 회전시키기 위해 외측 기어 로우터(64)는 내측 기어 로우터(68)에 의해 회전가능하게 구동될 수 있다. 외측 기어 로우터(64)는 금속 또는 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 내측 기어 로우터와 관련하여 기술한 바와 같이, 열경화성 수지(예를 들면, 페놀 수지) 및 열가소성 수지 (예를 들면, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 또는 폴리페닐렌설파이드(PPS))를 포함하여 다양한 플라스틱이 사용될 수 있다. 플라스틱으로 형성되는 경우, 외측 기어 로우터는 최종 형상으로 성형되거나, 성형된 후에 최종 크기 및 형상으로 기계가공될 수 있다. 내부식성이 중요한 경우에는, 플라스틱이나 스테인레스 강과 같은 내부식성 금속이 사용될 수 있다. 한 가지 바람직한 실시형태에 있어서, 외측 기어 로우터는 소결될 수 있는 스테인레스 강으로 형성되어 있다. 상기 금속은, 0.03% 내지 0.1%의 탄소를 함유하며, 적어도 6.8g/cc의 밀도와 로크웰 경도 B 스케일상으로 60보다 큰 경도, 바람직하게는 70보다 큰 경도를 가지는 오스테나이트 스테인레스 강인 것이 바람직하다. 이러한 금속의 한 가지 예는 스테인레스 강 316N1이고, 이 스테인레스 강 316N1는 작은 변형도(distortion)와 함께 엄격한 생산 공차(production tolerance)로 기어 로우터를 형성하는 능력을 향상시킬 수 있는 비교적 낮은 연신율(elongation)도 가지고 있다. 내측 기어 로우터가 금속으로 형성되는 경우에 이러한 재료가 내측 기어 로우터용으로 사용될 수 있다. 적어도 특정의 바람직한 실시형태에 있어서, 외측 기어 로우터(64) 및 내측 기어 로우터(68)는: 1) 플라스틱 내측 기어 로우터 및 플라스틱 외측 기어 로우터; 2) 플라스틱 내측 기어 로우터 및 금속 외측 기어 로우터; 그리고 3) 금속 내측 기어 로우터 및 플라스틱 외측 기어 로우터를 포함할 수 있다. 외측 기어 로우터(64) 및 내측 기어 로우터(68)의 상기 조합은 내구성이 있도록 그리고 내부식성을 제공하도록 형성될 수 있다.
상당한 부식성의 유체와 함께 사용될 수 있는 특정 스테인레스 강과 같은 적어도 특정의 내부식성 금속은 특정의 내구성 기준을 만족시킬 정도로 충분한 경도를 가지지 않을 수 있다(상기 금속은 가이드 핀상에서 마모되거나 상기 금속들끼리 마모될 수 있다). 따라서, 몇 가지 사용처에서는, 내부식성 금속으로 형성되어 있는 내측 기어 로우터 및 외측 기어 로우터의 사용이 만족스럽지 않을 수 있다. 적어도 몇 가지 실시형태에서는, 적어도 외측 기어 로우터(64)가 금속으로 형성되어 있는 경우에, 제1 펌프 몸체(72)가 플라스틱 재료로 형성되거나, 플라스틱 재료가 안쪽에 부착되어 있는 캐버티(80)를 가질 수 있다. 외측 기어 로우터(64)가 플라스틱 재료로 형성되어 있는 경우에는, 제1 펌프 몸체(72)가 적절한 금속으로 형성되거나, 적절한 금속이 안쪽에 부착되어 있는 캐버티를 가질 수 있다.
펌프 조립체(12)를 형성하는 프로세스의 한 실시형태에 있어서, 가이드 핀(78)은 제1 펌프 몸체(72)에 삽입 성형(insert mold)될 수 있다. 그 다음에, 기준(reference) 또는 로케이터(locator)로서 가이드 핀(78)을 이용하여 캐버티(80)가 제1 펌프 몸체(72)에 기계가공될 수 있다. 이러한 방식에 있어서, 가이드 핀(78)의 위치의 편차(variation)는 가이드 핀(78)의 축(82)(내측 기어 로우터의 회전축)과 캐버티(80)의 축(외측 기어 로우터의 회전축) 사이에 원하는 오프셋량을 확보하는 것으로 인해 발생된다. 그리고 내측 기어 로우터(68)와 외측 기어 로우터(64) 사이의 원하는 관계는 펌프의 실제 작동(production run)을 통해서 달성될 수 있다. 물론, 멀티-캐버티 몰드(multi-cavity mold)가 가이드 핀(78)을 수용하기 위해 형성된 하나의 캐버티와 외측 기어 로우터(64)를 수용하기 위해서 형성된 제2 캐버티와 함께 사용될 수 있다. 그러나, 적어도 특정 실시형태에서는, 가이드 핀과 다른 캐버티의 축을 기준점으로 이용하여 캐버티를 기계가공하는 것과 비교하여 멀티-캐버티 몰드내의 복수의 캐버티의 축의 위치 사이에는 더 많은 편차가 있을 수 있다.
기어 로우터를 형성하는 프로세스의 한 예에 있어서, 내측 기어 로우터(68)는 플라스틱 재료로 성형될 수 있고 외측 기어 로우터(64)는 소결된 스테인레스 강 재료로 될 수 있다. 내측 기어 로우터(68)는 최종 형상으로 성형되거나, 성형된 다음 외측 기어 로우터(64)와 맞추어지는 원하는 크기 또는 형상을 제공하도록 원하는 대로 기계가공될 수 있다. 한 가지 실시형태에 있어서, 내측 기어 로우터 톱니(70)의 팁(tip)과 외측 기어 로우터 톱니(66)의 팁 사이의 클리어런스가 약 10 미크론(micron) 내지 30 미크론으로 유지될 수 있다. 내측 기어 로우터 및 외측 기어 로우터에 대한 외형(profile)은 0.030mm 이하의 공차로 유지될 수 있다.
작동시에는, 모터(14)가 출력 샤프트(34)와 이 출력 샤프트(34)에 결합된 구동 부재(38)를 회전시키기 위해서 전력을 공급받는다. 구동 부재(38)와 피구동 부재(52) 사이에는 자기적인 인력(magnetic attraction)이 작용하기 때문에, 구동 부재(38)의 회전에 의해 피구동 부재(52)가 가이드 핀(78)을 중심으로 펌프 하우징(50) 내에서 회전하게 된다. 피구동 부재(52)와 내측 기어 로우터(68) 사이에는 기계적인 연결이 되어 있기 때문에, 피구동 부재(52)의 회전은 내측 기어 로우터(68)의 회전을 초래하고, 내측 기어 로우터 톱니(70)와 외측 기어 로우터 톱니(66)의 맞물림에 의해 외측 기어 로우터(64)를 회전시킨다. 따라서, 모터(14)의 작동은 모터(14)와 펌프작용 조립체(12) 사이에 배치된 벽(16)을 통하여 펌프작용 조립체(12)를 작동시킨다. 자기 커플링은, 펌프가 얼어서 작동되지 않더라고, 예를 들면, 선택적 환원 촉매(SCR) 반응물질이 펌프내에서 얼어붙은 경우에도 모터(14)가 회전하는 것을 가능하게 할 수 있다. 펌프작용 장치(10)는 임의의 적절한 출력, 예를 들면, 약 2 내지 8 바(bar) 이상에서 약 20 내지 60 리터 퍼 아워(liters/hour)의 출력을 낼 수 있다. 펌프작용 장치(10)는 임의의 적절한 방식으로 탱크에 의해(예를 들면, 탱크 상이나 탱크 내에) 지지되거나, 탱크로부터 분리되고 이격될 수 있다. 모터(14)와 펌프 조립체(12) 사이에 배치된 벽(16)을 통하여 펌프(10)가 작동하므로, 모터(14)는 이송되는 액체로부터 격리될 수 있다.
펌프(10)가 가로지르거나 통과하여 작동하는 분할 벽(16)은 비자성 재료 또는 자화율이 상당히 큰 것은 아니지만, 자기장이 침투할 수 있는 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 펌프(10)가 가로지르거나 통과하여 작동하는 상기 분할 벽은 임의의 적절한 폴리머 재료, 예를 들면, 폴리아미드 또는 NYLON 6/6, 또는 충분한 비자성(nonmagnetic)을 가지거나 충분한 투자성(magnetically permeable)을 가진 스테인레스강, 예를 들면 오스테나이트 스테인레스강 또는 니켈 함유 스테인레스강과 같은 금속으로 이루어질 수 있다. 적어도 몇 가지 실시형태에 있어서, 상기 분할 벽(16)(이것은 위에서 설명한 바와 같이 탱크 벽의 일부분이 될 수 있다)은 전체 두께가 약 5mm까지 될 수 있으며, 몇 가지 실시형태에서는, 상기 분할 벽의 전체 두께가 약 2mm 내지 4mm로 될 수 있다.
상기 설명은 유체 펌프의 여러가지 바람직한 실시예에 관한 것이고; 상기 설명에서 논의된 발명은 도시된 특정 실시예로 제한되지 않는다. 다양한 변경 사항 및 수정 사항은 당해 기술 분야의 전문가에게 자명할 것이며, 이러한 모든 변경 사항 및 수정 사항은 아래의 청구항에서 한정된 본 발명의 기술영역 및 기술사상의 범위 내에 있다. 제한되지 않는 한 가지 예로서, 모터는 자기 커플링없이 내측 기어 로우터에 직접 기계적으로 결합될 수 있다. 이 경우에는, 분할 벽을 관통하는 구멍이 밀봉되거나, 적어도 특정 실시형태에서는, 분할 벽이 전혀 필요하지 않을 수 있다.

Claims (12)

  1. 유체 펌프로서,
    모터;
    제1 펌프 몸체;
    상기 제1 펌프 몸체에 인접해 있는 제2 펌프 몸체;
    상기 제1 펌프 몸체와 제2 펌프 몸체 사이에 수용되어 있으며, 모터에 의해 축을 중심으로 회전하도록 구동되며 복수의 바깥쪽으로 뻗어 있는 톱니를 가지고 있는 내측 기어 로우터;
    상기 제1 펌프 몸체와 제2 펌프 몸체 사이에 수용되어 있으며, 상기 내측 기어 로우터가 회전할 때 제2 축을 중심으로 회전하게 구동되도록 상기 내측 기어 로우터의 톱니와 맞물리는 복수의 안쪽으로 뻗어 있는 톱니를 가지고 있는 외측 기어 로우터; 그리고
    상기 제1 펌프 몸체와 제2 펌프 몸체 중의 적어도 하나에 의해 지지되며 내측 기어 로우터의 회전 축을 형성하는 가이드 핀;
    을 포함하고 있고,
    상기 내측 기어 로우터와 외측 기어 로우터 중의 적어도 하나는 플라스틱 재료로 형성되고;
    상기 가이드 핀은, 상기 내측 기어 로우터가 플라스틱으로 형성되는 경우 금속으로 형성되고, 상기 가이드 핀은, 상기 내측 기어 로우터가 금속으로 형성되는 경우 가이드 핀과 내측 기어 로우터 사이에 부싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 모터를 상기 내측 기어 로우터 및 외측 기어 로우터로부터 분리시키는 분할 벽과, 상기 내측 기어 로우터를 회전시키기 위해서 상기 모터를 상기 내측 기어 로우터에 결합시키는 자기 커플링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
  3. 제1항에 있어서, 내측 기어 로우터는 플라스틱으로 형성되고 외측 기어 로우터는 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
  4. 제3항에 있어서, 내측 기어 로우터가 페놀 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
  5. 제3항에 있어서, 외측 기어 로우터가 소결된 스테인레스 강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
  6. 제5항에 있어서, 외측 기어 로우터가 0.03% 내지 0.1%의 탄소를 함유하며, 적어도 6.8g/cc의 밀도와 로크웰 경도 B 스케일상으로 60보다 큰 경도를 가지는 오스테나이트 스테인레스 강으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
  7. 제1항에 있어서, 내측 기어 로우터와 외측 기어 로우터 양자 모두가 플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
  8. 제3항에 있어서, 제1 펌프 몸체와 제2 펌프 몸체 중의 적어도 하나에 캐버티가 형성되어 있고, 외측 기어 로우터는 상기 캐버티에 수용되며 상기 캐버티는 외측 기어 로우터에 인접한 플라스틱 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
  9. 제1항에 있어서, 내측 기어 로우터 톱니의 팁과 외측 기어 로우터 톱니의 팁 사이의 클리어런스가 10 미크론 내지 30 미크론인 것을 특징으로 하는 유체 펌프.
  10. 유체 펌프 구성요소를 만드는 방법으로서,
    플라스틱 재료로 제1 펌프 몸체를 형성하는 단계;
    가이드 핀을 제1 펌프 몸체에 성형하는 단계; 그리고
    외측 기어 로우터가 적어도 부분적으로 캐버티 내에 배치될 때 외측 기어 로우터가 상기 가이드 핀에 대해 정확하게 위치결정되도록 캐버티의 위치결정용 기준으로서 가이드 핀을 이용하여 제1 펌프 몸체에 캐버티를 기계가공하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 펌프 구성요소를 만드는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    외측 기어 로우터의 톱니와 맞물리는 톱니를 가진 내측 기어 로우터를 플라스틱 재료로 성형하는 단계; 그리고
    내측 기어 로우터 톱니의 팁과 외측 기어 로우터 톱니의 팁 사이에 10 미크로 내지 30 미크론의 클리어런스를 제공하기 위해 내측 기어 로우터를 기계가공하는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 펌프 구성요소를 만드는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 내측 기어 로우터가 페놀 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 유체 펌프 구성요소를 만드는 방법.
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