KR20140043342A - 압축 공기 커플링 - Google Patents

Abstract

암형 커플링 반부는 니플(3)을 원주방향 그루브와 맞물림하도록 말단 멈춤쇠(8) 및 폐쇄 밸브(2)를 위한 휴지(rest) 폐쇄 위치(16) 또는 밸브 개방 위치(17) 중 하나에서 수용될 수 있는 선단 라운드식 멈춤쇠(15)를 각각 갖는 2 개의 폴(7)들을 갖는다. 삽입된 니플(3)은, 밸브(2)를 이동시키며, 이 밸브는 선단 라운드형 멈춤쇠(15)가 그의 밸브 개방 위치(17)에서 수용될 때까지 그 위의 중앙 돌기부(13)들 및 수동 슬리브(10)를 통해 밸브와 함께 폴(7)들을 데려온다. 릴리즈를 위한 슬리브(10)의 후퇴는, 이젝션(ejection) 압력이 더이상 니플(3)에 부과되지 않을 때까지 중간 압력 경감 위치에서 니플(3)을 유지하며, 슬리브(10)는 그의 완전하게 연장된 위치에서 스프링 아웃하여, 니플(3)이 완벽하게 릴리즈하는 것을 허용한다.

Description

압축 공기 커플링{COMPRESSED AIR COUPLING}

본 발명은 첨부의 청구항 1의 전제부에서 언급된 바와 같은 표준 니플과 함께 연결하는데 적합한 암형(female) 유체 매체 커플링 반부(half)에 관한 것이다.

EP 0839298 B1(본원과 동일한 발명자)은 압축 공기 라인들에 적합한 호스 커플링을 설명하며, 여기서, 암형 부분은, 수형 니플(male nipple)의 삽입시 개방되는 밸브, 잠금된 커플링을 개방하기 위한 변위 가능한 슬리브 및 잠금 폴(pawl)들을 포함한다. 이러한 커플링에는 잔류 압력으로 인해 니플이 위험하게 벗겨져 날아가는 것을 방지하기 위해서 중간 공기 압력 릴리징 위치에 니플을 유지하도록 연결 해제중 맞물림되는 별도의(separate) 정지 요소들이 또한 제공된다.

EP 0664866 B1(본원과 동일한 발명자)은 압축 공기 안전 커플링의 더 단순하며 보다 효과적인 설계를 개시하며, 이 커플링은 각각 선단 멈춤쇠(proximal detent) 및 말단 멈춤쇠(distal detent) 양자가 제공되는 폴 요소들을 채용하여, 특별하게 설계된 슬리브와 함께, 릴리즈 완료 이전의 잔류 압력 경감 중, 매우 효과적인 잠금 위치 및 중간 유지 위치 양자를 실현한다. EP 0664866 B1에서 설명된 특별한 설계는, 불행하게도, 폴 요소들의 구성으로 인해 그의 조립시 소정의 수작업 단계들을 요구하며, 이는 로봇을 사용하여 암형 커플러-반부를 조립하는 것을 어렵게 하거나 불가능하게 한다. 이러한 커플링은 유럽식 표준 니플들(도 3)을 사용하도록 설계된다. 폴 요소들의 구성은, 유럽식(롱 넥(long neck)) 표준(도 3) 및 아시아식(숏 넥(short neck)) 표준(도 2)의 양자의 니플들로 설명된 이러한 특별한 개념을 사용하는 것을 불가능하게 한다.

도 3에 도시된 것과 같은 롱 넥(유럽식) 니플들은 암형 커플링 반부를 갖는 소정의 종래 기술의 설계들로 쌍을 이룰 수 있으며, 이러한 암형 커플링 반부에는 수동으로 작동되는 슬리브의 노출된 단부를 완벽하게 커버하는 보호 칼라가 제공된다. 이러한 칼라는, 연결된 호스가 당겨질 때 슬리브를 어떤 것에 고착되거나 장애가 되더라도, 슬리브의 부주의한 역방향 당겨짐을 방지한다. 슬리브 단부를 완벽하게 커버하는 이러한 칼라는, 종래 기술 설계들에서는, 공간의 부족으로 인하여 롱 넥 니플들을 제외하고는 가능하지 않았다.

공압 커플러들과 같은 유체 매체 커플러들은, 전형적으로, 공구 측 상의 니플을 공급측 상의 암형 반부에 연결하며, 니플이 삽입될 때에만 개방되는 밸브 및 2 개의 부분들을 연결 해제하기 위해서 후퇴될 수 있는 스프링 부하식 슬리브를 포함한다. 필요하지 않다면, 이러한 유형의 커플러를 개발할 때 2 개의 안전 양태들이 고려되는 것이 종종 소망된다:

- 첫 번째로, 2 개의 부분들을 연결 해제하기 위해서 슬리브를 후퇴시키는 것은 잔류 압력으로 인해 니플 부분이 벗겨져 날아가는 것을 허용하여서는 안 되며, 사람의 손상(injury) 또는 손해(damage)를 유발해서는 안 된다. 2 개의 부분들의 완전 분리 가능 이전에 잔류 압력이 방출되는 중간 유지 단계가 존재해야 한다.

- 두 번째로, 암형 반부의 슬리브의 단부 둘레에 보호 칼라를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 보호 칼라는 결과적으로 연결 해제를 유발하는 의도치않은 후퇴로부터 슬리브를 보호한다. 보호 칼라는 호스가 플로어를 가로질러 당겨질 때, 또는 예컨대 장애물들을 갖는 환경을 통해 당겨질 때 슬리브의 단부에 축방향 슬리브 후퇴력이 인가되는 것을 방지한다.

이러한 2 개의 소망하는 특징들은, CEJN 315 시리즈 표준 니플(도 2에 도시됨) 또는 Nitto Kohki Co. Ltd. 의 Hi-Cupla plug(아시아식 표준 압축 공기 니플로서 하기에서 언급될 것임)의 경우에서와 같은, 원주 방향 그루브와 니플의 맞닿음면(abutment face) 사이에 짧은 거리를 갖는 니플을 위한 공지의 설계들에 의해서 달성되기는 어렵다. 아시아식 표준에 따라 이용가능한 짧은 공간에서 이러한 안전 특징들을 달성하는 것은 가능하지 않거나, 이러한 짧은 커플링에 만족스러운 강도 및 내마모성을 달성하는 것도 가능하지 않다. 암형 커플링 반부는 기존의 아시아식 표준 암형 커플링 반부들 보다 더 길지 않아야 한다. 이러한 소망하는 특징들 없이는 압축 공기 커플링들을 위한 아시아식 숏 넥 니플들에 적용가능한 임의의 암형 커플링 반부 설계는 현재는 달성되지 않는다. 첨부의 청구항의 특징부들을 갖는 첨부의 청구항 1의 전제부에서 설명된 바와 같은 암형 호스 커플링 반부가 본 발명의 방식으로 이러한 이점들 양자를 달성한다.

본 발명은 첨부 도면들에 도시된 비제한적인 예시를 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 암형 커플러-반부(female coupler-half)를 그의 연결 해제 상태로 도시한다.
도 2는 아시아식(숏 넥) 표준의 압축 공기 니플을 도시한다.
도 3은, 대조적으로, 본 실시예에서 적용되지 않는 유럽식(롱 넥) 표준의 대안의 니플을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 적용되는 2 개의 폴(pawl)을 도시한다.
도 5는 금속 튜브를 단독으로 도시하며, 이 금속 튜브는 조립된 커플링-반부에 있어서, 밸브를 둘러싸고, 이에 따라 디커플링 슬리브에 의해 둘러싸인다.
도 6은 널링된(knurled) 수동 작동식 디커플링 슬리브를 좌측에 도시하며, 이 슬리브는 조립 후에, 도면의 우측 암형 커플러-반부 조립체를 둘러싼다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 암형 커플링 반부 내로의 니플의 커플링 삽입의 연속 단계들을 도시한다.
도 10은 연결 해제를 위한 널링된 슬리브의 수동 후퇴(manual retraction)시 중간 압력 경감 니플 유지 위치(intermediate pressure relief nipple hold position)를 도시한다.
도 11은 연결 해제 중 니플의 완전한 릴리즈를 도시한다.
도 11b는 슬리브(10)를 갖는 니플의 제거 후 암형 커플링-반부를 그의 원래 위치에서 도시한다.
도 12는 본 발명에 따른 암형 커플러 반부의 분해도이다.

도면들은, 도 2에 도시된 바와 같이 아시아식 표준 숏 넥 압축 공기 호스 니플에 사용하기 위한 안전 커플링으로 설계된 비제한적인 단일 예에 대해 주로 언급할 것이다. 본 발명의 암형 커플링 반부의 예시적 단일 예만이 도면들에 도시되어 있으며, 도면들 전체에서 각각의 요소의 동일한 도면부호가 존재한다.

도 1은 아시아식 표준 숏 넥 니플에 사용하기에 적합한 암형 호스 커플링 반부를 도시한다. 밸브(1)는 개구(23)들 및 그의 단부에서 고무 O-링(21)을 갖는 중공 본체(2)(도 6에서 길이방향 섹션이 도시됨)를 갖는다. 밸브를 폐쇄하기 위해서 고무 O링(21)을 밀봉하는 포위(surrounding) 링(20)이 존재한다. 또한, 밸브(1)에는 아시아식 표준 숏 넥 니플(3)의 단부를 수용하기 위한 원통형 소켓이 제공된다. 압축 공기의 공급장치에 연결된 암형 호스 커플링 반부의 밸브(1)는 니플이 완벽하게 삽입되지 않을 때 폐쇄되어 유지되도록, 밸브는 도면에서 우측으로 스프링(22) 편향된다.

튜브(4)는 밸브(1)를 미끄러짐 가능하게 유지하며, 하기에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 부주의한 릴리즈(inadvertent release)에 대해 보호하기 위해서, 이 실시예에서 보호 칼라(5)가 일체화된다. 이에 따라, 튜브는 수동으로 작동되는 스프링(24) 편향식 슬리브(10)에 의해 둘러싸인다. 상기 튜브(4)는 도 5에서 단독으로 도시되며, 직경에 반대로 배치된 2 개의 길이방향 슬롯(6)들이 본 예에서 제공된다(또한, 도 12 참조). 이러한 슬롯(6)들 각각은 말단(도 1, 도 4 내지 도 11에서 우측) 멈춤쇠(8)에 의해서 폴(7)을 유지하며, 이 멈춤쇠는 하기에 설명되는 바와 같이, 완전한 맞물림 해제 이전에 압력 경감을 위한 중간 유지 위치 또는 완전 연결된 압축 공기 전달 위치 중 어느 하나의 위치에서 니플을 유지하기 위해서 원주방향 니플 그루브와 맞물림한다. 각각의 폴(7)은 선단(도 1, 도 4 내지 도 11에서 좌측) 멈춤쇠(15)를 가지며, 이 멈춤쇠는 각각의 슬롯(6)을 제각기 교차하는(crossing) 말단 및 선단 함몰부(depression)(16, 17) 사이에서, 슬리브(10)의 내부에 의해 유지되지 않을 때 미끄러질 수 있도록 라운드식이다. 각각의 폴은 중앙 돌기부(13)를 가지며, 이 돌기부는 밸브 본체(1) 내의 원주방향 그루브(14)에 놓여지며, 하기에 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 멈춤쇠(8, 15)들과 맞물림되고 맞물림되지 않도록 폴이 시소타듯할 수 있는(see-saw) 지렛대 받침(fulcrum)을 형성한다. 이러한 시소 작용은, 특히 황동과 강 부품들 사이의 상호작용의 관점에서, 이전 설계들에 비해 부품들의 마모 강도 및 수명을 상당히 증가시키는데 결정적으로 중요하다. 각각의 폴에는, 또한 그의 말단 단부 근처에서 반경 방향 외측방 힐(18)이 제공된다.

튜브(4)를 둘러싸는 스프링(24) 편향식 슬리브(10)는 연결 해제를 위해서 수동으로 구동될 수 있다. 슬리브의 내부에는 2 개의 원주방향 캐비티(11, 12)들(도 6 참조)이 제공되며, 이 캐비티들은 슬리브(10)의 다양한 축방향 위치들에서, 멈춤쇠들과 맞물림되고 맞물림되지 않게 시소타듯하는 것을 허용한다.

본 발명의 암형 커플링 반부는 아시아식 표준의 숏 넥 호스 니플과 함께 후속하는 바와 같이 기능한다. 본 발명의 암형 커플링 반부 내로 삽입되고 있는 호스 니플(3)이 도 7에 도시되어 있다. 슬리브(10)는 밸브(1)에서와 같이 그의 전방으로 스프링 편향된 위치에 아직 있어서, 압축 공기 공급 장치를 폐쇄 유지한다. 니플의 들어오는(화살표 B1 참조) 헤드는 각각의 폴(7)의 말단 멈춤쇠(8)를 반경 방향 외측방으로 푸시한다. 이는 허용가능한데, 왜냐하면 슬리브(10)가 각각의 힐(18)에 정렬된 슬리브의 말단 캐비티(11)에 의해 슬리브의 완전 전방 위치에 있어 힐이 이제 말단 캐비티(11)에 진입하여 밸브(1)의 본체(2)에 있는 원통형 소켓으로 니플이 진입하는 것을 허용하기 때문이다. 사용자가 암형 커플링 반부 내로 니플(3)을 계속해서 푸시함에 따라, 밸브 본체(2)는 스프링(22)의 힘에 대항하여 도면의 좌측으로 강제되며 이에 의해 니플 및 니플의 호스(도시 생략) 내로 압축 공기의 공급 장치를 개방한다(도 9 참조). 또한, 그루브(14)와 각각의 폴(7) 상의 돌기부(13) 사이의 맞물림 때문에, 밸브 본체(2)의 이동이 밸브 본체와 함께 2 개의 폴(7)들을 가져온다. 각각의 폴의 이러한 이동은, 선단의 라운드식 멈춤쇠(15)가 말단 함몰부(16)로부터 튜브(4)의 외부 표면에 있는 선단 함몰부(17)를 향해 미끄러지는 상태로 도 8에 도시되어 있다. 슬리브(10) 내의 내부 말단 캐비티(12)는 그의 말단 단부에 원주 방향으로 경사진 표면(19)을 갖는다. 슬리브(10)는 도면들에 도시된 바와 같이 좌측으로 약간 이동할 것이지만, 이러한 경사진 표면은 튜브(4) 내에서 말단 멈춤쇠(15)를 선단 함몰부(17) 내로 강제할 것이며, 슬리브는 그의 완전 맞물림된 잠금 위치에서의 커플링이 선단 멈춤쇠(15)를 유지하고 및 이에 따라 그의 잠금 위치에서 폴(7)을 유지하는 것을 도시하는 도 9에 도시된 바와 같은 그의 원래 연장 위치로 복귀(화살표 A1)할 것이다. 이러한 잠금 위치는 슬리브(10)의 내부 표면들에 의해 견고한 잠금 위치에서 모두 확실하게 유지되는 멈춤쇠들 및 돌기부(13) 양자를 활용한다.

당업자들은 물론, 캐비티(11, 12)들이 본 발명의 범주 내에 있으며 동일한 효과들을 달성하는 직경 및 형상으로 변경될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

연결 해제를 위해서, 사용자는 슬리브(10)를 반드시 후퇴시켜야(pull back on)하며, 이에 의해 폴(7)의 선단 멈춤쇠(15)가 튜브(4)의 말단 함몰부(16) 위 및 함몰부 내로 미끄러질 수 있고, 밸브의 스프링(22)이 밸브의 본체(2)를 전방으로 푸시할 것이며, 이에 따라 이제 도 10에 도시되는 바와 같이 밸브를 폐쇄한다. 이러한 위치에서(도 10), 니플은 화살표(B2)의 방향으로 이동하였지만 슬리브(10), 폴(7) 및 폴(7)의 말단 멈춤쇠(8)에 의해 아직 유지되는 반면, 니플이 밸브 소켓과의 밀봉 맞물림으로부터 약간 이동되기 때문에, 잔류 압력이 릴리즈된다. 이는 높은 잔류 압력이 호스 니플 또는 암형 커플링 반부가 고속으로 발사되어, 그 결과로 사람들에 대한 가능한 손상 또는 파손을 유발하는 것을 방지한다. 니플의 최종 추출은 슬리브(10)가 압력 경감 후에 해방되고(let go of) 도 11에 도시된 바와 같이 그의 원래 연장 위치로 슬리브가 복귀하여 니플이 암형 부분으로부터 나오는 것을 허용하는 경우에만 가능하다. 추가의 안전 특징으로서, 슬리브(10)는 조작자가 그의 그립으로부터 슬리브(10)가 릴리즈될지라도 니플을 축출(expel)하려는 고압이 더 이상 존재하지 않을 때까지 도 11에 도시된 바와 같은 그의 원래 위치로 복귀되지 않을 것이다. 시스템 내에 고압이 존재하는 한 조작자가 슬리브를 해방할지라도, 니플은 중간 압력 경감 위치에서 유지될 것이다. 이러한 기능은 도 10을 고려함으로써 이해될 수 있으며, 여기서는 화살표(B2)의 방향으로 니플을 푸시하는 강한 잔류 압력이 존재하는 것으로 가정한다. 원주방향 그루브의 에지는 말단 멈춤쇠(8)들에 대해 프레스할 것이며, 이에 의해 슬리브와 각각의 폴(7)의 힐(18)들의 접촉을 유지하며, 슬리브가 그의 연장된 원래 위치로 전진하는 것을 방지하고(도 11), 여기서 내부 원주방향 캐비티(11)는 이제 힐(18)들에 공간을 부여하여 말단 멈춤쇠(8)들이 니플을 완벽하게 릴리즈할 것이다.

본 발명의 예시적 커플러 반부의 부품들의 보다 양호한 이해를 위해서, 도 12는 분해도를 도시한다. 튜브(4)에는 파이프 핏팅(21)의 내부 스레드(21a)들로의 나사체결을 위한 나사식 부분(4a)이 그의 단부에서 제공되며, 이에 의해 사용을 위해서 전체 커플링 반부 조립체를 함께 유지한다. 슬리브(10)와 파이프 핏팅(21) 사이에 장착된 스프링(22)은 예컨대, 도 1에서 슬리브(10)를 그의 위치로 우측으로 편향시킨다.

밸브의 본체와 맞물리는 돌기부들을 갖는 이러한 신규의 배열은 튜브 상에서 보호 칼라(5)의 배열을 허용한다. 호스 및 커플링이 당겨져 예컨대, 플로어 상에서의 일부 장애물에 고착(stuck)되더라도, 보호 칼라는 슬리브의 부주의한 후퇴(inadvertent retraction) 및 연결 해제를 방지할 것이다.

본 발명이 공압 시스템에 사용되는 것으로서 본원에 설명되고 있지만, 당업자는 적절한 적응(adaptation)에 의해 첨부의 청구범위들의 범위 내에서 유체 매체 전달 시스템들의 상이한 유형들, 즉, 예컨대 호흡 공기 및 산소용, 가스 및 액체 전달 시스템들, 고압 시스템들 및 유압 시스템들이 적용될 수 있음을 인지할 것이다.

Claims (7)

1. 원주방향 니플 그루브(nipple groove)를 갖는 표준 유체 매체(fluid medium) 니플과 함께 연결하는데 적합한 암형 커플링 반부로서,
   상기 니플을 수용하고, 상기 커플링을 통해 유체 매체의 유동을 제어하는 원통형 소켓을 갖춘 본체(2)를 갖는 밸브(1),
   상기 밸브를 미끄러짐 가능하게 유지하며 복수 개의 축방향 관통 슬롯(6)들이 제공된 튜브(4),
   각각이 선단 멈춤쇠(15) 및 그의 대향 단부들에 말단 멈춤쇠(8)를 갖는 복수 개의 폴(pawl)(7)들로서, 각각의 폴은 상기 축방향 관통 슬롯(6)들 중 별개의 하나에 유지되는, 폴(7), 및
   상기 튜브(4)를 둘러싸는 수동으로 축방향으로 변위 가능한 스프링 부하식 슬리브(10)로서, 상기 슬리브에는 상기 슬리브(10)의 선택된 축방향 위치들에서 원주방향 니플 그루브 내에 맞물림되는 폴 말단 멈춤쇠(8)들의 맞물림 해제를 허용하는 하나 이상의 내부 원주방향 캐비티(11)가 제공되는, 슬리브(10)를 포함하는, 암형 커플링 반부에 있어서,
   상기 밸브(1)의 본체(2)에는, 그의 외부 상에서 상기 폴들의 각각의 단부들 중간에서 돌기부(13)에 놓여지는 원주방향 그루브(14)가 제공되며, 이에 의해 각각의 폴이 상기 밸브 본체와 함께 축방향으로 이동하게 되는 것을 특징으로 하는,
   암형 커플링 반부.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 각각의 폴(7)의 선단 멈춤쇠(15)는, 상기 밸브가 개방되는 상기 니플 및 상기 암형 커플링 반부의 완벽한 연결을 위해 상기 튜브에서 말단 원주방향 외부 함몰부(16)로부터 선단 외부 함몰부(17)까지 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는,
   암형 커플링 반부.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 수동으로 축방향으로 변위될 수 있는 스프링 부하식 슬리브(10)에는 말단 내부 원주방향 캐비티(11) 및 선단 내부 원주방향 캐비티(12)가 제공되어, 상기 슬리브(10)가 후퇴될 때(도 10), 상기 선단 내부 원주방향 캐비티(12)는 상기 선단 외부 함몰부(17) 위에 배치되어 각각의 선단 멈춤쇠(15)가 상기 선단 외부 함몰부(17)에 놓여진 그의 완벽하게 연결된 밸브 개방 위치를 나가서 말단 외부 함몰부(16)로 움직이는 것을 허용하며, 이에 의해 밸브를 폐쇄하고, 압력이 니플과 밸브(1) 사이에서 릴리즈 되는 것을 특징으로 하는,
   암형 커플링 반부.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 선단 내부 원주 방향 캐비티(12)의 선단 단부면(19)은 경사식인(oblique) 것을 특징으로 하는,
   암형 커플링 반부.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 스프링 편향식 슬리브(10)의 상기 후퇴시, 상기 니플은 니플 원주방향 그루브에 유지되는 각각의 말단 멈춤쇠(8)에 의해 즉각적인 완전 릴리즈를 방지하는 것을 특징으로 하는,
   암형 커플링 반부.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 말단 멈춤쇠(8) 각각은 그의 후퇴 위치에서 슬리브(10)와 맞물림하며 유지하는 각각의 폴(7) 상의 힐(18)에 의해 니플 원주방향 그루브 내에 유지되는 것을 특징으로 하는,
   암형 커플링 반부.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   압축 공기의 사용에 적합한 것을 특징으로 하는,
   암형 커플링 반부.

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