KR20120112790A - 베인 펌프 - Google Patents

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KR20120112790A
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토르스텐 헬레
벤자민 피르독
빌리 쉬나이더
디르크 에렌펠트
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요마-폴리텍 게엠베하
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Abstract

본 발명은 슬리브형 하우징 몸체, 하우징 몸체를 축 방향에서 닫는 바닥 및 덮개를 구비한 펌프 하우징을 포함하고, 하우징 몸체내에서 편심 배치되며 바닥과 덮개내에서 회전 가능하게 지지되는 로터를 포함하고, 그리고 로터내에서 축 방향으로 이동식으로 지지되는 하나 이상의 날개를 포함하는 베인 펌프에 관한 것으로, 이 때 각각의 날개는 날개의 축방향 정면측에서 베어링 저널들을 포함하며, 베어링 저널들은 바닥 및 덮개 내에 체결된다.

Description

베인 펌프{VANE PUMP}
본 발명은 슬리브형 하우징 몸체와 하우징 몸체를 축방향에서 닫는 바닥 및 덮개를 구비하는 펌프 하우징을 포함하고, 하우징 몸체내에서 편심으로 배치되고 바닥 및 덮개 내에서 회전 가능하게 지지되는 로터(rotor)를 포함하며, 그리고 로터 내에서 축방향에서 이동식으로 지지되는 하나 이상의 날개를 포함하는 베인 펌프에 관한 것이다.
베인 펌프는 다양한 형성방식으로 공지되어 있다. 베인 펌프는, 가스형 매질을 압축하거나, 저압을 생성하거나, 가스형 또는 액체형 매질을 이송하기 위한 역할을 한다. 이러한 베인 펌프에서서는, 펌프 하우징 내에 편심 배치된 로터 내에서 복수 개의 날개들이 이동식으로 지지됨으로써, 날개들 사이에 그리고 스태터(stator)를 형성하는 펌프 하우징의 내측 둘레면과 로터의 사이에 작업 공간이 형성되며, 이러한 작업 공간의 용적은 지속적으로 변경되는데, 즉 확대 및 축소된다. 로터가 회전할 때, 날개들은 원심력으로 인하여 바깥쪽으로 내던져지듯 회전하고, 펌프 하우징의 내측 둘레면을 스친다. 이로써, 각각의 작업 공간은 인접한 작업 공간들에 반하여 밀폐된다. 밀폐는, 부품들의 표면이 윤활유로 습윤됨으로써 촉진된다. 이러한 윤활유는 마찰력을 줄이는 역할도 하기 때문에, 펌프의 손실 성능이 감소한다. 그러나, 이송된 유체가 재사용되거나 자유 방출되기 전에 반드시 윤활제로 습윤되고 상황에 따라 세정되어야 한다는 것은 단점으로 간주된다. 또한 윤활제가 소모된다.
본 발명이 기초로 하는 과제는 윤활제 소모가 더 적고 이송된 유체는 윤활제를 포함하지 않는 베인 펌프를 제공하는 것이다.
이러한 과제는 서두에 언급한 종류의 베인 펌프에 있어서, 본 발명에 따라, 각각의 날개가 날개의 축방향 정면측에서 베어링 저널(bearing journal)을 포함하고, 베어링 저널이 바닥 및 덮개안에 체결됨으로써 해결된다.
본 발명에 따른 베인 펌프에서, 날개들은 방사 방향에서 이동식으로 로터 내에서 지지되어, 펌프 하우징 내에서 로터의 편심 배치에 따라 날개가 로터와 관련하여 방사 방향에서 진동할 수 있을 뿐만 아니라, 날개는 베어링 저널도 포함하고, 이러한 베어링 저널이 바닥 및 덮개 안에 체결됨으로써 날개는 이러한 베어링 저널에 의해 목적에 맞추어 제어될 수 있다. 이는, 바닥뿐만 아니라 덮개도 고정식이고, 이로 인하여 베어링 저널이 바닥 및 덮개 내에서 순환하기 때문에 가능하다.
이를 위해, 바닥 및 덮개는 각각 베어링 저널을 위한 가이드 레일을 포함하고, 이 때 베어링 저널은 유격없이(free-play) 또는 적은 유격을 포함하여 가이드 레일안에 체결된다. 바람직하게는, 가이드 레일은 홈으로서 형성되고, 이 때 가이드 레일은 특히 원형 형태를 가지며, 하우징 몸체의 내측 둘레면과 동축으로 위치한다. 이러한 방식으로, 날개들은 항상 하우징 몸체의 내측 둘레면과 관련하여 소정의 포지션을 가지는데, 이는, 로터가 순환하지 않을 때에도 상기 포지션이 채용된다는 이점이 있다. 회전수가 낮으면 마찬가지로 원심력도 낮은데 이럴 때, 날개들은 그럼에도 불구하고 소정의 포지션을 채용함으로써 낮은 회전수에도 이미 최적의 이송 결과가 나오도록 보장된다. 이러한 점은 예컨대, 베인 펌프가 윤활제 펌프로서 동작하는 경우에, 내연 기관의 시동 시 유리하다. 이 경우, 윤활제는 이미 모터의 시동 시 이송되며, 회전수가 더 클 때 비로소 이송되는 것이 아니다.
바람직한 실시예에서, 베어링 저널은 날개 내에서 지지되는 볼트에 의해 형성된다. 이러한 방식으로, 날개는 일반적인 경우와 같이 제조될 수 있으며, 예컨대 사출성형부품 또는 다이캐스팅 부품으로서 제조될 수 있고, 베어링 저널만을 구비해야 한다. 베어링 저널은 예컨대 직접적으로 사출성형부품안에 사출될 수 있다.
일 발전방식에서, 축 방향에서 날개보다 돌출하는 볼트의 자유 말단은 베어링, 특히 그루브형 볼 베어링(grooved ball bearing)을 지지한다. 그루브형 볼 베어링은 가이드 레일안으로 체결되고, 바닥 및 덮개 내에서 순환한다. 그루브형 볼 베어링은 바람직하게는 자가 윤활적이어서, 부가적인 윤활이 생략될 수 있다.
본 발명의 본질적 특징은, 방사방향에서 외부의 날개끝(wing tip)과 하우징 몸체의 내측 둘레면 사이에 틈새가 존재한다는 것이다. 이러한 틈새는, 날개와 하우징 몸체 사이에 어떠한 마찰력도 생성되지 않도록 보장함으로써, 한편으로 날개는 마멸이 없고 다른 한편으로 펌프의 손실 성능이 적다. 이 때, 틈새는 5 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위이고 특히 10 ㎛과 50 ㎛사이이다.
완전한 밀폐를 원하거나 이를 필요로 하는 경우에, 방사방향에서 외부의 날개끝에는 밀봉 스트립(sealing strip)이 배치된다. 일 실시예에서, 방사방향에서 외부의 날개끝에는 날개의 종방향으로 진행하는 홈이 연장되고, 이러한 홈 내에서 날개끝보다 돌출하는 밀봉 스트립이 배치된다. 밀봉 스트립은 홈 내에서 부유하면서(floating) 지지됨으로써, 밀봉 스트립은 날개와 관련하여 상대적으로 움직일 수 있다. 로터가 회전할 때, 밀봉 스트립은 하우징 몸체의 내측 둘레면쪽으로 가압되거나 내던져지듯 회전함으로써, 작업공간을 완전히 밀폐한다. 밀봉 스트립은 날개에 비해 거의 무시해도 좋을 정도의 중량을 가지므로, 마찰력은 최소이다.
바람직하게는, 밀봉 스트립은 금속으로, 특히 경금속으로 또는 플라스틱으로 구성되며, 플라스틱은 예컨대 섬유 보강된다. 이와 같은 밀봉 스트립은 한편으로는 낮은 중량을 가지며, 다른 한편으로 충분히 내마모적이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 베인 펌프는 윤활제 없이, 즉 건조한 상태로 구동한다. 이를 통해, 이송된 매질이 오염되지 않고 따라서 오일 분리기 및 그 유사체가 베인 펌프의 출구측에 필요하지 않다는 이점이 얻어진다.
본 발명의 그 외 이점, 특징 및 상세사항은 종속항들로부터 그리고 이하의 설명으로부터 얻어지며, 이하의 설명에서는 도면과 관련하여 특히 바람직한 실시예가 개별적으로 설명된다. 이 때, 도면에 도시되며 상세한 설명 및 청구범위에 언급한 특징들은 각각 그 자체에 대해 개별적으로 또는 임의적 조합으로도 본 발명에 있어 본질적인 것일 수 있다.
도면에서 도시하기를:
도 1은 본 발명에 따른 베인 펌프의 사시도를 도시하고;
도 2는 도 1에 따른 화살표 II의 방향에서 측면도를 도시하고;
도 3은 하우징 덮개가 제거된 상태에서 도 1에 따른 사시도를 도시하고;
도 4는 도 2에 따른 단면 IV-IV을 도시하고;
도 5는 도 4에 따른 단면 V-V을 도시하고;
도 6은 도 4에 따른 단면 VI-VI을 도시하고; 그리고
도 7은 날개의 사시도로, 부분적으로 발췌한 도면을 도시한다.
도 1에는 베인 펌프(10)가 도시되어 있는데, 베인 펌프는 실질적으로 냉각립(14)을 구비한 하우징 몸체(12), 고정 클립(18)을 구비한 바닥(16) 및 고정 클립(22)을 구비한 덮개(20)를 포함한다. 또한, 덮개(20)내의 출구 개구부 및 입구 개구부(24, 26)뿐만 아니라 플랜지(flange)(28)도 확인할 수 있으며, 플랜지에는 (미도시된) 구동부가 고정될 수 있고, 구동부는 구동축(30)에 닿아있다.
도 3에서는, 하우징 몸체(12)가 실질적으로 슬리브형으로 구성되고, 로터(32)를 둘러싸며, 로터는 하우징 몸체(12) 내에서 편심으로 지지되고, 로터로부터 구동축(30)이 뻗어나와 있음을 확인할 수 있다. 로터(32)는 실질적으로 실린더 형태를 가지며, 수용 슬롯(34)을 구비하고, 수용 슬롯은 축방향에서 연장되며 로터(32)의 둘레에서뿐만 아니라 로터의 정면측에서도 가장자리가 개방된 상태이다. 또한, 로터(32)는 다수의 축방향 보어들(bores)(36, 38)을 구비하고, 이 때 보어들(38)은 수용 슬롯(34)의 저부측에 위치하고, 보어들(36)은 수용 슬롯들(34) 사이에 위치한다. 이러한 보어들(36, 38)은 로터(32)의 중량을 줄이고, 로터의 관성 모멘트도 줄인다. 수용 슬롯(34) 내에서 날개(40)가 위치하고, 날개는 상기 날개가 방사 방향에서 움직일 수 있도록 지지된다. 2개의 인접한 날개(40), 로터(32)의 둘레면(42) 및 하우징 몸체(12)의 내측 둘레면(44)은 각각 하나의 작업 공간(46)을 형성하고, 작업 공간 내에서, 갇힌 유체는 입구 개구부(26)로부터 출구 개구부(24)로 이송된다.
도 4로부터, 입구 개구부(26) 및 출구 개구부(24)가 하우징 몸체(12)내의 오버플로우 채널(overflow channel)(48)을 경유하여, 작업 공간(46)안으로 통하는 낫(sickle) 모양의 입구 및 출구(50, 52)와 연결되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 5는, 작업 공간(46)이 영구적으로 확대 및 축소되고, 날개(40)가 다소간 로터(32)의 수용 슬롯(34)안으로 연장되는 것을 분명하게 보여준다.
도 7은 이와 같은 날개(40)를 도시하며, 날개는 날개의 두 정면측(54)에서 베어링 저널(56)을 구비하고, 베어링 저널은 볼트(58)에 의해 형성되며, 볼트는 날개(40)안에 체결되고 정면측(54)보다 돌출하며 베어링(60), 예컨대 그루브형 볼 베어링(62)을 지지한다.
도 6으로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 덮개(20)는 홈(64)으로 형성된 가이드 레일(66)을 포함하고, 가이드 레일 내에서 그루브형 볼 베어링(62)이 안내된다. 따라서 홈(64)은 날개(40)를 위한 강제 제어부(forced control)를 형성하는데, 홈(64)은 하우징 몸체(12)의 내측 둘레면에 대해 동축이면서 로터(32) 및 로터의 구동축(30)에 대해 편심으로 위치하기 때문이다. 가이드 레일(66)의 위치 및 날개들(40)의 방사형 치수 그리고 로터(32)내에서의 날개들의 위치는, 날개끝(68)(도 7)이 항상 하우징 몸체(12)의 내측 둘레면(44)과 간격을 가지도록 책정되며, 이러한 간격은 5 ㎛ 내지 100 ㎛의 범위에 있다. 가이드 레일(66)은 내측 둘레면(44)과의 틈새 또는 간격을 보장하는 위치를 포함하며, 이 때, 날개(40)가 로터(32)내에서 방사형으로 배치되어 있고, 하우징 몸체(12)와 관련하여, 특히 하우징 몸체의 내측 둘레면(44)과 관련하여 직각으로 기울어져 있다는 점이 고려된다. 이는, 큰 틈새가 유지될 때 내측 둘레면(44) 및/또는 가이드 레일(66)이 원형과 다른 형태를 가진다는 것을 의미한다. 틈새는 특정한 한계내에서 편차를 가질 수 있다.
도 7로부터 여전히, 날개끝(68)이 날개(40)의 종방향에서 진행하는 홈(70)을 포함하고, 이러한 홈 내에 밀봉 스트립(72)이 투입되며, 밀봉 스트립은 상기 스트립의 측에서 날개끝(68)보다 근소한 정도로 돌출한다는 점을 확인할 수 있다. 밀봉 스트립(72)은 홈(70)내에서 부유하면서 위치하고, 특히 하우징 몸체(12)의 내측 둘레면(44)으로 가는 방향에서 움직일 수 있다. 밀봉 스트립(72)은 이러한 밀봉 스트립이 날개(40)와 하우징 몸체(12)의 내측 둘레면(44) 사이에 존재하는 틈새를 가교하고 밀봉하는 역할을 한다. 특히, 틈새가 지속적으로 변경될 때, 이러한 틈새는 효과적으로 닫히는데, 이 때 날개끝(68)은 하우징 몸체(12)의 내측 둘레면(44)에 닿지 않은 채로 유지된다. 밀봉 스트립(72)은 특히 플라스틱으로 구성되므로, 밀봉 스트립은 낮은 중량을 가짐으로써, 마찰력이 무시해도 좋을 정도로 작다. 또한 밀봉 스트립(72)은 아무런 문제없이 용이하게 교체될 수 있다.

Claims (14)

  1. 슬리브형 하우징 몸체(12), 상기 하우징 몸체(12)를 축방향에서 닫는 바닥(16) 및 덮개(20)를 구비하는 펌프 하우징을 포함하고, 상기 하우징 몸체(12)내에서 편심으로 배치되며 상기 바닥(16) 및 덮개(20) 내에서 회전 가능하게 지지된 로터(rotor)(32)를 포함하고, 그리고 상기 로터(32)내에서 축 방향으로 이동식으로 지지되는 하나 이상의 날개(40)를 포함하는 베인 펌프(10)에 있어서,
    각각의 날개(40)는 날개의 축방향 정면측에서 베어링 저널(56)을 포함하고, 상기 베어링 저널은 상기 바닥(16) 및 덮개(20)안으로 체결되는 것을 특징으로 하는 베인 펌프(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베어링 저널(56)은 상기 날개(40) 내에 형성된 볼트(58)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 베인 펌프.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 날개(40)보다 축방향에서 돌출하는 상기 볼트(58)의 자유 말단은 베어링(60), 특히 그루브형 볼 베어링(62)을 지지하는 것을 특징으로 하는 베인 펌프.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바닥(16) 및 덮개(20)는 상기 베어링 저널(56)을 위한 가이드 레일(66)을 포함하는 것을 특징으로 하는 베인 펌프.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가이드 레일(66)은 홈(64)인 것을 특징으로 하는 베인 펌프.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 가이드 레일(66)은 원형 레일인 것을 특징으로 하는 베인 펌프.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드 레일(66)은 상기 하우징 몸체(12)의 내측 둘레면(44)에 대해 동축으로 위치하는 것을 특징으로 하는 베인 펌프.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    방사방향에서 외부의 날개끝(68)과 상기 하우징 몸체(12)의 내측 둘레면(44) 사이에 틈새가 존재하는 것을 특징으로 하는 베인 펌프.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 틈새의 크기는 5 ㎛ 내지 100 ㎛, 특히 10 ㎛ 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 베인 펌프.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사방향에서 외부의 날개끝(68) 내에는 상기 날개(40)의 종방향으로 진행하는 홈(70)이 연장되는 것을 특징으로 하는 베인 펌프.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 홈(70)내에는 상기 날개끝(68)보다 돌출하는 밀봉 스트립(72)이 배치되는 것을 특징으로 하는 베인 펌프.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 밀봉 스트립(72)은 상기 홈(70)내에서 부유하면서 지지되는 것을 특징으로 하는 베인 펌프.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 밀봉 스트립(72)은 금속으로, 특히 경금속으로 또는 플라스틱으로 구성되는 것을 특징으로 하는 베인 펌프.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베인 펌프는 건식으로 작동하는 펌프(10)인 것을 특징으로 하는 베인 펌프.
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WO (1) WO2011086013A2 (ko)

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