KR20140090625A - 어큐뮬레이터 - Google Patents

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KR20140090625A
KR20140090625A KR1020147012688A KR20147012688A KR20140090625A KR 20140090625 A KR20140090625 A KR 20140090625A KR 1020147012688 A KR1020147012688 A KR 1020147012688A KR 20147012688 A KR20147012688 A KR 20147012688A KR 20140090625 A KR20140090625 A KR 20140090625A
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Abstract

본 발명의 유압 어큐뮬레이터는 에너지 저장 매체를 가역적으로 압축하도록 구성된 제1 피스톤면을 가진 에너지 저장 장치와 대응하는 제2 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성하는 제2 피스톤면을 포함하고 있고, 대응하는 제2 유체 챔버는 제2 피스톤면의 이동에 의해 가역적으로 팽창가능하다. 제3 피스톤면은 대응하는 제3 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성하고, 대응하는 제3 유체 챔버는 제3 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능하다. 상기 제1 피스톤면, 제2 피스톤면 및 제3 피스톤면은 함께 결합되어 있다.

Description

어큐뮬레이터{ACCUMULATOR}
본 발명은 주기적 작용 또는 왕복운동 작용을 실행하는 기계류 및 장치에 사용되는 어큐뮬레이터, 특히, 유압식, 공압식 및 이와 동등하거나 동종의 어큐뮬레이터에 관한 것이다.
어큐뮬레이터는 에너지를 저장할 수 있고 종종 소형의 연속적인 동력원을 에너지의 단기간의 서지상태(short surge)로 전환시키거나 그 반대로 전환시키는데 사용되는 수단으로서 다양한 공학 분야에 사용되는 잘 알려진 장치이다. 어큐뮬레이터는 전기식, 유체식 또는 기계식으로 될 수 있으며 충전가능한 배터리 또는 유압 어큐뮬레이터, 캐패시터, 보상펄스발전기(compulsator), 스팀 어큐뮬레이터, 파동 에너지 기계(wave energy machine), 양수식 수력 발전소 등의 형태를 취할 수 있다.
유압 어큐뮬레이터는 피스톤 어큐뮬레이터, 블래더 어큐뮬레이터(bladder accumulator), 다이어프램 어큐뮬레이터(diaphragm accumulator), 웨이트부착 및 스프링 장전식 어큐뮬레이터(weighted and spring-loaded accumulator)를 포함하는 다양한 형태로 만들어진다. 유압 어큐뮬레이터의 주된 과제 중의 하나는 유압 시스템의 특정 체적의 압축된 유체를 유지하고 이를 요구에 따라 유압 시스템으로 복귀시키는 것이다. 그러나, 유압 어큐뮬레이터는, 에너지 저장, 충격, 진동 및 펄스 감쇄(vibration and pulsation damping), 에너지 회수, 체적 유량 보상(volumetric flow compensation) 등을 포함하는 복수의 과제를 수행하도록 구성될 수도 있다.
소정의 연속적인 동력을 제공하도록 구성된 펌프에 의해 동력을 공급받는 임의의 유압 시스템에는 내재적인 제한이 있다. 보다 강력한 펌프는 주어진 압력으로 유압 유체를 보다 신속하게 이송하는 능력을 가지지만, 보다 많은 에너지를 필요로 한다. 통상적으로 유압 어큐뮬레이터는, 유압 시스템에 손상을 주지않으면서, 압축된 유압 유체의 저장을 통해서 유압 시스템이 내부 압력의 급증을 수용할 수 있게 해준다.
전형적인 유압 어큐뮬레이터는, 종종 과잉 압력을 유압 회로의 다른 곳으로 완화시키기 위해서, 유압 펌프에 의해 유압 유체가 이송되는 저장 챔버이다. 이 어큐뮬레이터는 밸브를 더 포함할 수 있고, 이 밸브를 통하여 저장된 유체가 유압 시스템의 다른 부분으로 배출된다. 가스 어큐뮬레이터에서는, 압축된 가스 블래더가 유압 블래더(hydraulic bladder)에 대해 압력을 가한다. 유압 블래더가 채워짐에 따라, 유압 블래더는 가스 블래더 내의 가스를 압축시키고, 그 결과 저장 압력을 증가시킨다. 스프링 어큐뮬레이터는, 유압 블래더에 대해 압축력을 가하는 한 개의 큰 스프링 또는 복수의 스프링을 제외하면, 유사한 방식으로 작동한다. 상승된 웨이트를 가진 어큐뮬레이터(raised weight accumulator)에서는, 유압 유체가 웨이트가 달린 피스톤(weighted piston)으로 이송된다. 따라서 중력이 유체에 일정한 힘을 작용하여, 유체가 피스톤을 채울 때 유체를 압축하고 피스톤을 비우는 것을 돕는다.
전형적인 종래 기술의 가스 어큐뮬레이터는 유압 시스템에 연결된 유체 챔버와 예비 충전된(pre-charged) 가스 챔버로 이루어져 있다. 상기 챔버는 블래더, 피스톤, 또는 임의의 종류의 탄성 다이어프램에 의해 분리되어 있다.
어큐뮬레이터 유체 챔버로의 입구에서의 유체 압력이 예비 충전 압력(pre-charge pressure)보다 높게 되면, 유체가 어큐뮬레이터 유체 챔버로 들어가서 가스를 압축하고, 그 결과 에너지를 저장한다. 입구에서의 유체 압력의 강하는 저장된 유체를 유압 시스템으로 밀어넣는다.
어큐뮬레이터 유체 챔버 입구의 압력이 가스 챔버 압력 아래로 저하되면, 가스 챔버가 입구 밸브에 의해 시스템으로부터 격리된다. 이러한 상황에서는, 가스 챔버 내의 압력은 일정하게 유지되고 프리 차지 압력값과 동일하게 되는 반면에, 입구에서의 압력은 어큐뮬레이터가 연결되어 있는 시스템의 압력에 좌우된다.
마찬가지로, 전형적인 종래 기술의 스프링-장전식 어큐뮬레이터에 대해서는, 어큐뮬레이터 유체 챔버로 들어가는 유체가 스프링을 압축시키고, 그 결과 에너지를 저장한다. 유체가 챔버로 들어갈 때 스프링의 압축력이 증가하고 어큐뮬레이터가 비워질 때 스프링의 압축력이 감소하기 때문에, 합성 압력(resultant pressure)은 일정하지 않다. 스프링이 미리 장전되어 있기 때문에, 입구 압력이 이 임계값을 초과한 후에야 유체는 챔버로 들어가기 시작한다. 미국 특허 공개공보 US 2010/0018196 A1호는 기존의 어큐뮬레이터의 한 예이다.
따라서, 종래 기술의 어큐뮬레이터는 주로 사이클 작동의 최대 동력의 일부를 취하여 이를 낮은 동력 유효성(lower-power availability)을 가진 사이클의 일부로 재도입시키는 것에 의해서 동력 출력의 일관성(consistency)을 향상시키는 것에 관한 것이라고 볼 수 있다. 그러나, 이것은 반대의 요건을 가진 사이클 작동, 다시 말해서, 일정하지 않은 동력 요건(non-constant power requirements)을 가진 사이클 작동에는 도움이 되지 못한다. 특히, 종래 기술의 어큐뮬레이터는, 사이클의 일부 동안에 미활용된 사용가능한 동력이 있는 반면에, 사이클의 다른 부분에서는 부가적인 동력이 매우 바람직한 경우의 사이클 작동에는 도움이 되지 못한다.
본 명세서에 인용된 임의의 특허 또는 특허 출원을 포함하여, 모든 참고문헌이 본 명세서에 참고로 포함되어 있다. 임의의 참고문헌이 종래 기술을 구성하는 것이라고 인정되는 것은 아니다. 참고문헌의 논의는 그것의 저자가 주장한 것을 기술하고 있고, 본 출원인은 인용된 문헌의 정확성 및 적절성에 이의를 제기할 권리를 유보한다. 비록 다수의 종래 기술의 공보가 본 명세서에 인용되어 있지만, 이러한 참고문헌이, 이들 문헌 중의 임의의 것이 뉴질랜드나 임의의 다른 나라에서 당해 기술 분야의 보통의 일반적인 지식의 일부를 형성하는 것이라고 인정하는 것은 아니라는 사실을 명확히 알게 될 것이다.
'포함하다' 라는 표현은, 다양한 관할권하에서, 배타적인 의미나 포괄적인 의미를 가지는 것으로 여겨질 수 있다. 본 명세서의 목적을 위해서, 달리 언급되어 있지 않으면, '포함하다' 라는 표현은 포괄적인 의미를 가진다 - 다시 말해서, '포함하다' 라는 표현은 직접 언급한 열거된 구성요소들뿐만 아니라, 다른 명시되지 않은 구성요소나 요소들을 포함하는 것을 의미하는 것으로 받아들여진다. 이러한 논리는 '포함된' 또는 '포함하는' 이라는 표현이 방법 또는 프로세스에서의 하나 이상의 단계와 관련하여 사용될 때에도 적용된다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 처리하거나 적어도 공중에게 유용한 선택방안을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 실시형태 및 장점은 단지 예로서 주어진 아래의 설명에 의해 명확하게 될 것이다.
본 발명의 제1 실시형태에 따르면,
Figure pct00001
에너지 저장 매체를 가역적으로 압축하도록 구성된 이동가능한 제1 피스톤면을 가진 에너지 저장 장치를 포함하고 있고;
Figure pct00002
대응하는 제2 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성하는 이동가능한 제2 피스톤면을 포함하고 있고, 대응하는 제2 유체 챔버는 상기 제2 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능하고;
Figure pct00003
대응하는 제3 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성하는 이동가능한 제3 피스톤면을 포함하고 있고, 대응하는 제3 유체 챔버는 상기 제3 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능하고;
상기 제1 피스톤면, 제2 피스톤면 및 제3 피스톤면이 함께 결합되어 있는, 유압 어큐뮬레이터가 제공되어 있다.
본 발명의 제2 실시형태에 따르면,
Figure pct00004
에너지 저장 장치로서,
- 제1 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성하는 이동가능한 제1 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능한 제1 유체 챔버; 또는
- 탄성 매체로서, 상기 탄성 매체에 대한 에너지의 입력 또는 방출시에 상기 탄성 매체에 결합된 제1 피스톤면을 이동시킬 수 있는, 탄성 매체;
중의 어느 하나로 이루어진, 에너지 저장 장치;
제2 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성하는 이동가능한 제2 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능한 제2 유체 챔버;
Figure pct00006
제3 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성하는 이동가능한 제3 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능한 제3 유체 챔버;
를 포함하고 있고,
상기 제1 피스톤면, 제2 피스톤면 및 제3 피스톤면이 함께 결합되어 있는, 유압 어큐뮬레이터가 제공되어 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면,
Figure pct00007
제1 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성하는 이동가능한 제1 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능한 제1 유체 챔버를 포함하는 에너지 저장 장치;
Figure pct00008
제2 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성하는 이동가능한 제2 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능한 제2 유체 챔버;
Figure pct00009
제3 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성하는 이동가능한 제3 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능한 제3 유체 챔버;
를 포함하고 있고,
상기 제1 유체 챔버, 제2 유체 챔버 및 제3 유체 챔버가 함께 결합되어 있는, 유압 어큐뮬레이터가 제공되어 있다.
본 명세서에 사용되어 있는 것과 같이, '피스톤면' 이라는 용어는 협력하는 실린더 슬리브 내에서 미끄럼이동하도록 구성된 피스톤의 이동가능한 밀봉면으로 제한되는 것이 아니라, 탄성 매체를 제2 유체 챔버 및/또는 제3 유체 챔버에 연결시키는 장착부도 포함한다.
본 명세서에 사용되어 있는 것과 같이, 피스톤면 및/또는 유체 챔버에 적용된 것과 같은 '결합된/결합하는' 이라는 표현은 임의의 기계적, 전기적, 유체, 또는 가스 연결, 도관, 링크장치, 경로, 커플링(coupling), 접합부(join), 구성부분(componentry), 구동기(drive) 또는 하나의 피스톤면 및/또는 유체 챔버의 작용, 이동, 상태, 또는 위치가 다른 하나의 피스톤면 및/또는 유체 챔버에 영향을 주거나 영향을 미칠 수 있는 상기한 것들의 조합을 포함한다.
본 명세서에 사용되어 있는 것과 같이, '피스톤'은 챔버 체적을 변화시키기 위해서 다른 유체 챔버 내측 표면('피스톤 슬리브')에 대해 가역적으로 이동가능한 적어도 하나의 내측 표면('피스톤면')을 가지고 있는 유체 챔버를 가진 임의의 구성을 포함하며, 원통형, 또는 일정한 단면의 피스톤 슬리브, 강성면(rigid face) 또는 강성 표면 등으로 제한되지 않는다.
본 명세서에 사용되어 있는 것과 같이, '유체' 라는 용어는 액체와 기체 양자 모두를 포함하는 것이라는 점을 알아야 한다. 그러나 당해 기술 분야의 전문가는 본 발명이 유압 작동 액체 및/또는 공압 작동 기체로 제한되는 것이 아니며, 시스템 요건에 따라 압축성 또는 비압축성인 다양한 유체가 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
한 실시예에 따르면, 상기 제2 유체 챔버와 제3 유체 챔버는 - 이하에서 '유압 유체' 라고 하는 - 대체로 비압축성인 유체를 수용하도록 구성되어 있다.
바람직하게는, 상기 탄성 매체는 스프링, 엘라스토머 물질, 그리고 압축 입력부(compressive input)로부터 에너지를 저장하고 방출할 수 있는 임의의 다른 탄성 매체를 포함한다.
당해 기술 분야의 전문가는 어큐뮬레이터에 가스 또는 스프링 에너지 저장을 이용하는 것은 잘 알려져 있으며 개념적으로 거의 동등하다는 것도 용이하게 알 수 있을 것이다.
바람직하게는, 에너지 저장 장치가 상기 제1 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능한 제1 유체 챔버를 포함하고 있고, 상기 제1 피스톤면은 상기 제1 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성한다.
한 실시예에 따르면, 상기 제1 유체 챔버는 - 이하에서 '어큐뮬레이터 작동 가스' 라고 하는 - 압축성 유체를 수용하도록 구성되어 있다.
전형적인 사용에 있어서, 유압 동력 구동 시스템(hydraulically-powered drive system)에서, 상기 비압축성 유체는 유압 광물성 기름(hydraulic mineral oil) 또는 그밖에 유사한 것인 반면에, 상기 압축성 유체는 질소 또는 압축하에서 안정적인 에너지 저장을 할 수 있는 다른 가스와 같은 임의의 적절한 가스 또는 그밖에 유사한 것으로 될 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 유체 챔버, 제2 유체 챔버 및 제3 유체 챔버는, 상기 제1 유체 챔버와 제3 유체 챔버는 상반적으로(antagonistically) 작동하고 상기 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버는 동조적으로(co-operatively) 작동하도록 결합되어 있다. 따라서, 상기 유체 챔버들은,
Figure pct00010
제1 유체 챔버의 팽창이 제2 유체 챔버의 팽창과 제3 유체 챔버의 수축을발생시키도록; 및/또는
Figure pct00011
제1 유체 챔버의 수축이 제2 유체 챔버의 수축과 제3 유체 챔버의 팽창을 발생시키도록; 및/또는
Figure pct00012
제3 유체 챔버의 팽창이 제1 유체 챔버 및 제2 유체 챔버의 수축을 발생시키도록; 및/또는
Figure pct00013
제2 유체 챔버의 팽창이 제3 유체 챔버의 수축과 제1 유체 챔버의 팽창을 발생시키도록;
결합되어 있다.
상기 유체 챔버의 팽창 또는 수축은 유체 챔버 내의 유체의 압력을 변화시키거나 유체 챔버의 해당 피스톤면에 기계적인 힘, 공압력, 유압력을 제공함으로써 유발될 수 있다.
제1 유체 챔버를 이용하는 한 실시예에 따르면, 상기 피스톤면들의 결합은,
Figure pct00014
상기 제3 피스톤면의 이동에 의한 상기 제3 유체 챔버의 팽창이, 상기 제2 피스톤면과 제1 피스톤면 각각의 이동에 의한, 상기 제2 유체 챔버의 수축과 상기 제1 유체 챔버의 수축을 초래하도록,
Figure pct00015
상기 제1 피스톤면의 이동에 의한 상기 제1 유체 챔버의 팽창이, 상기 제2 피스톤면과 제3 피스톤면 각각의 이동에 의한, 상기 제2 유체 챔버의 팽창과 상기 제3 유체 챔버의 수축을 초래하도록,
되어 있다.
바람직하게는, 상기 제1 유체 챔버는, 상기 어큐뮬레이터 작동 가스의 입력을 허용하기 위해, 밀봉가능한 유체 입구를 포함하고 있다. 보통의 사용에 있어서, 제1 유체 챔버 내의 어큐뮬레이터 작동 가스의 양은, 임의의 누출을 처리하기 위한 주기적인 채움(top-up)에 의해, 초기 가압 후에는 대체로 일정하다. 제1 유체 챔버의 체적, 결과적으로, 어큐뮬레이터 작동 가스의 압력은 제1 피스톤면의 이동에 따라 달라질 수 있다.
다른 실시형태에 따르면, 상기 제1 피스톤과 제2 피스톤면은 공통 이동을 위해 함께 연결되어 있다.
바람직하게는, 에너지 저장 장치가 상기 제1 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능한 제1 유체 챔버를 포함하고 있고, 상기 제1 피스톤면은 상기 제1 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성한다.
따라서 제1 피스톤면과 제2 피스톤면은, 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버의 체적을 각각 변경시키기 위해 제1 피스톤면과 제2 피스톤면이 함께 이동하도록 서로 고정되거나 공통 표면 또는 물체의 일부로서 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 유체 챔버가 상기 제2 유체 챔버 내에 배치되어 있거나 반대로 상기 제2 유체 챔버가 상기 제1 유체 챔버 내에 배치되어 있다. 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버는, 유체가 상기 제1 유체 챔버와 상기 제2 유체 챔버의 사이로 이동하는 것을 방지하기 위해서 서로 밀봉될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
바람직하게는, 상기 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버가 중심이 같다.
바람직하게는, 상기 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버는
Figure pct00016
대체로 동축이거나; 또는
Figure pct00017
제1 피스톤면과 제2 피스톤면의 상기 공통 이동의 방향과 대체로 평행하게 정렬된 평행한 중심 축을 가지고 있다.
바람직하게는, 상기 에너지 저장 매체가 탄성 매체로서, 상기 탄성 매체에 대한 에너지의 입력 또는 방출시에 상기 탄성 매체에 결합된 상기 제1 피스톤면을 이동시킬 수 있는, 탄성 매체를 포함하고 있다.
다른 실시예에 따르면, 상기 탄성 매체는 상기 제2 유체 챔버 내에 배치될 수 있다. 제1 피스톤면과 제2 피스톤면의 이동은, 제2 유체 챔버의 팽창(예를 들면, 증가된 유체 압력을 통해서)과 상기 탄성 매체의 감압(decompression)의 양자에 의해서 초래될 수 있다. 제1 피스톤면을 제2 피스톤면에 대한 상기 탄성 매체의 장착부(mounting)로서 및/또는 제2 피스톤면에 고정된 별개의 물체 또는 표면으로서 형성하는 것에 의해 제1 피스톤면이 제2 피스톤면에 결합될 수 있다.
한 실시형태에 따르면, 상기 어큐뮬레이터는, 유압 유체가 동시에 또는 독립적으로,
Figure pct00018
상기 제3 유체 챔버로의 입력과 제2 유체 챔버로부터의 출력, 및/또는
Figure pct00019
상기 제2 유체 챔버로의 입력과 제3 유체 챔버로부터의 출력
이 될 수 있게 구성된 유체 도관, 밸브 및/또는 연결부를 더 포함하고 있다.
본 발명은 특히 기계식 충격 해머용으로 적합하고, 장황함(prolixity)을 더욱 감소시키기 위해, 이하에서는 본 발명을 기계식 충격 해머에 관하여 기술한다. 이것은 단지 예시적인 목적을 위한 것이며 결코 제한적인 것은 아니라는 점을 이해하여야 한다.
통상적으로, 중력 충격 해머는 암석 등을 분쇄하기 위해서 주기적으로 큰 해머 웨이트(hammer weight)를 들어올리고 낙하시키는데, 이 경우에 상기 해머 웨이트는 몇 가지 형태(예를 들면, 유압식)의 동력 구동 기구에 의해서 들어올려지고 중력에 의해 자유롭게 낙하한다. 이러한 중력 드롭 해머(gravity drop hammer)의 개발에 있어서, 본 출원인은 해머 웨이트가 능동적으로(actively) 하방으로 구동되어 표면과 충돌하는 동력 드롭 해머(본 명세서에 참고문헌으로 포함되어 있는 PCT 공개공보 WO/2004/035941호에 개시되어 있는 것과 같은 것)를 고안하였다.
해머 웨이트가 하방으로 구동되기 전에 해머 웨이트가 감속되는 동안 해머 어셈블리의 상부 부분에 손상 및 마모를 초래하지 않고서 해머 웨이트가 들어올려질 수 있는 속도에는 한계가 있다. 그러나, 중력하에서 하방으로 낙하할 때 해머 웨이트에 가해지는 임의의 부가적인 구동력은 충격 효과를 향상시키는데 매우 바람직하다. 따라서, 어큐뮬레이터가 해머 구동 기구에 통합될 수 있고, 이로 인해 해머 웨이트를 들어올리는 동안 유압 구동 기구로부터의 미활용된 사용가능한 동력은 어큐뮬레이터에 에너지를 저장하는데 사용될 수 있고, 보다 큰 충격 에너지를 얻기 위하여 해머 웨이트가 하방으로 구동될 때 방출된다. 따라서 이러한 어큐뮬레이터의 사용으로 인해 보다 무거운 해머의 충격 에너지와 동일한 충격 에너지를 얻기 위해서 보다 가벼운 해머 웨이트가 사용될 수 있거나 동일한 해머 웨이트에 대해 증가된 충격 에너지를 얻을 수 있다.
동력 드롭 해머에 사용되는 상기 어큐뮬레이터의 장점을 예를 들어 설명하기 위해서는, PCT 공개공보 WO/2004/035941에 개시되어 있는 것과 같은 해머의 구성 및 작동에 대해 더 상세히 설명하는 것이 도움이 된다. 상기 동력 드롭 해머는,
- 적어도 하나의, 바람직하게는 두 개의, 구동-결합 표면을 가진 해머 웨이트;
- 상기 해머 웨이트의 상기 구동-결합 표면과 결합되도록 구성된 구동 돌출부; 그리고
- 상기 구동 돌출부를 두 개의 대향하는 방향으로 왕복운동으로 이동시킬 수 있는 구동 기구;
를 포함하고 있다.
해머 웨이트의 구동-결합 표면은 해머 웨이트로부터의 돌출부 또는 해머 웨이트로의 오목부로서 구성될 수 있다. 구동 기구가 작동할 때, 구동 돌출부는 구동-결합 표면들의 각각과 주기적으로 결합 및 분리되고, 이것에 의해 해머 웨이트를 상기 대향하는 방향으로 이동시킨다. 해머 웨이트를 수평방향으로 작동시키는 비실용적인 경우를 무시하면, 해머 웨이트의 두 개의 대향하는 방향은 중력에 의해 도움을 받는 방향(본 명세서에서는 '하행 행정' 또는 '동력 행정' 이라고 함)과 중력과 대향하는 방향(본 명세서에서는 '상행 행정' 또는 '상승 행정(lifting stroke)' 이라고 함)으로 간주될 수 있다. 따라서 명료성을 기하기 위해서, 상행 행정에 관여하는 구동-결합 표면을 본 명세서에서는 '상승 표면(lifting surface)' 이라고 칭하고, 동력 행정에 관여하는 구동-결합 표면을 본 명세서에서는 '하향 구동 표면(drive down surface)' 이라고 칭한다.
상기 구동 기구는 유압 램 또는 회전 체인 구동기(rotating chain drive) 등과 같은 임의의 종래의 형태를 취할 수 있다. 체인 구동기는 결코 제한적인 것이 아니라 예시적인 목적으로 본 명세서에서 보다 상세하게 고려된다.
따라서, 하나의 실시예에 있어서, 적어도 하나의 구동 돌출부('트랜스레이션 도그(translation dog)' 라고도 함)가 스프로킷의 형태로 된 두 개의 회전 부재의 둘레를 지나는 체인형의 회전하는 엔드리스 루프의 형태로 된 구동 기구에 부착되어 있고, 상기 두 개의 회전 부재 중의 적어도 하나에 동력이 공급된다. 구동되는 스프로킷은, 고압 유압 유체 유동을 구동 기구 펌프의 유압 모터로 제공하는, 원동기(prime mover)에 의해 구동된다. 스프로킷의 둘레로 회전하는 체인의 면은, 구동 돌출부가 체인의 경로에 인접하게 위치된 상승 표면 또는 하향 구동 표면과 결합할 수 있도록 하기 위해서 해머 웨이트의 길이방향의 (통상적으로 평면인) 면의 옆에 위치되어 있다. 두 개의 스프로킷의 사이에는, 체인의 경로가 상승 표면이나 하향 구동 표면과 정렬된 대체로 대향하는 방향으로 이동한다.
상기 구동 기구는 네 가지 단계에 걸쳐서 연속적으로 순환하는데, 다시 말해서:
Figure pct00020
상행 행정:
상행 행정의 개시시에 체인이 회전하고, 이로 인해 해머 웨이트가 상방으로 들어올려질 때 상기 구동 돌출부가 상승 표면과 결합된다.
Figure pct00021
상행 행정 전환 단계:
해머 웨이트가 상행 행정 이동의 최대 범위에 도달할 때, 구동 돌출부는 최상부 스프로킷의 둘레로 회전하고 해머 웨이트는 구동 돌출부로부터 분리된다. 구동 돌출부가 해머 웨이트 상승 표면으로부터 분리되고 제1 스프로킷 둘레로 회전한 후에, 해머 웨이트의 상방 이동은 마침내 중단되고 그 결과 해머 웨이트가 중력의 힘을 받아 하방으로 이동하기 시작한다.
Figure pct00022
하행 행정:
해머 웨이트가 반대로 하방으로 이동할 때, 구동 돌출부는 하방으로 작용하는 중력에 부가적인 추동력(impetus)을 부가하는 하향 구동 표면을 통하여 해머 웨이트와 다시 결합된다.
하행 행정 전환 단계:
구동 돌출부는 하부 스프로킷의 둘레를 통과하기 전에 하향 구동 표면으로부터 분리되어 해머 웨이트가 충격면과 부딪칠 수 있게 한다. 하부 스프로킷의 둘레를 통과한 후, 구동 돌출부는 해머 웨이트의 상승 표면과 다시 결합되고, 사이클이 반복된다.
구동 기구의 특정 구성에 따르면,
Figure pct00024
해머 웨이트 하방 속도가 체인 속도를 초과하거나,
Figure pct00025
체인 이동의 경로가 하향 구동 표면의 궤적 경로로부터 벗어날 때
구동 돌출부가 하향 구동 표면으로부터 분리되게 된다.
대체 실시예에서는, 상기 구동 기구가 적어도 두 개의 회전 부재 둘레로 구동되는 엔드리스 루프(예를 들면, 벨트와 체인) 또는 램 드라이브(ram drive)로 될 수 있다.
상행 행정과 하행 행정은 각각의 동력 드롭 해머 실시예에 공통이지만, 예를 들어 램 드라이브로 형성된 구동 기구 실시예에서는, 두 개의 전환 단계가 무시해도 될 정도의 기간으로 될 수 있다.
다른 실시형태에 따르면, 본 발명은 실질적으로 본 명세서에 기술된 것과 같은 어큐뮬레이터를 더 포함하는, 실질적으로 본 명세서에 기술된 것과 같은 동력 드롭 해머를 제공한다. 상기 어큐뮬레이터의 작동은 해머의 상기한 사이클 작동에 통합되는데,
Figure pct00026
'충전 행정'은, 상행 행정에서 해머 웨이트를 들어올리는 동안 수행되는, 어큐뮬레이터에 에너지를 저장하는 것(어큐뮬레이터 작동 가스를 압축하거나, 탄성 매체에 장력을 작용하는 것에 의해)을 지칭하고;
'동력 행정'은 하행 행정에서 해머 웨이트를 하강시키는 동안 구동 기구에 가해지는 유압 유체 유동을 증가시키기 위해서 어큐뮬레이터에 저장된 에너지를 방출하는 것을 지칭한다.
한 실시예에 따르면, 상기 동력 드롭 해머는
Figure pct00028
상기 구동 기구에 유압 및 유체 유동을 제공하는 소스 파워(source power)를 제공하는 원동기
를 더 포함하고 있다.
바람직하게는, 상기 구동 기구는
Figure pct00029
구동 기구를 작동시키기 위해서 가압된 유압 유체 유동을 물리적인 운동으로 전환시키는 유압 구동 모터
를 더 포함하고 있다.
원동기는 상기 동력 드롭 해머(예를 들면, 동력 굴삭기, 로더(loader) 등)의 외부에 있거나 상기 동력 드롭 해머에 통합된 동력원(power source)과 같은 임의의 적절한 동력원에 대한 총칭이다. 예를 들면, "원동기"는 유압 유체 라인에 고압 유체 유동을 제공할 수 있는 유압 펌프를 구동시키는 모터나 엔진을 포함할 수 있다.
구동 기구의 유압 구동 모터는 유압 유체 유동을 기계적인 운동으로, 예를 들면, 체인 구동기 실시예에 대해서 구동 스프로킷을 구동시키는 것으로 또는 램 드라이브형 실시예에서의 선형 운동으로 변환시킨다.
한 실시형태에 따르면, 본 발명은
- 원동기로부터
ⅰ. 구동 모터;
ⅱ. 어큐뮬레이터 제2 유체 챔버;
ⅲ. 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버;
로의 압력 라인,
- 배출 라인 입력부로서,
ⅰ. 구동 모터;
ⅱ. 어큐뮬레이터 제2 유체 챔버;
로부터 원동기로의 배출 라인 입력부,
- 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버로부터
Figure pct00030
구동 모터;
로의 압력 라인,
중의 적어도 하나를 포함하는 유압 유체 접속부를 포함한다.
"압력 라인"과 "배출 라인" 이라는 용어는 유압 유체 라인 내부의 상대 압력과 관련이 있다는 것을 알 수 있을 것이며, 당해 기술 분야의 전문가는 작업을 수행하기에 충분히 높은 압력과 임의의 의미있는 작업을 수행하지 않고 유체를 유체 라인을 따라 배출시킬 수 있을 정도로 충분히 낮은 압력의 유체를 각각 나타낸다는 것을 잘 알 수 있을 것이다. 하나의 유체 라인이 유체 라인 내부의 상대 압력에 따라 압력 라인 또는 배출 라인으로 작용할 수 있다.
사용시에, 해머 웨이트가 최하점(다시 말해서, 작업면(working surface)과의 충격점)에 있는 상태에서 해머 웨이트 상행 행정의 개시시에 시작 기준점(starting reference point)을 가지고 있는, 동력 드롭 해머의 작동 사이클은 바람직하게는 아래의 단계를 포함한다:
- 해머 웨이트 상행 행정과 어큐뮬레이터 충전 행정 단계;
- 어큐뮬레이터는 원동기로부터 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버로의 고압 유체 유동에 의해 충전된다. 제3 유체 챔버를 가압하는 것에 의해 제1 유체 챔버 내의 어큐뮬레이터 작동 가스의 가압이 초래된다. 그리고,
- 원동기로부터의 고압 유동에 의한 구동 모터의 작동에 의해 해머 웨이트가 들어올려진다.
- 상행 행정 전환 단계;
- 해머 웨이트는 자신의 상방 이동의 한계에 도달하고 구동 기구는 상방 이동을 멈추거나 해머 웨이트로부터 분리되고,
- 어큐뮬레이터 작동 가스는 작동 사이클에서 자신의 최대 압력으로 압축된다.
- 해머 웨이트 하행 행정과 어큐뮬레이터 동력 행정 단계;
- 고압의 어큐뮬레이터 작동 가스가 상기 제1 피스톤면을 이동시켜서 제1 유체 챔버를 팽창시킴에 따라 어큐뮬레이터는 비워진다. 그 결과 상기 제1 유체 챔버에 결합된 제3 유체 챔버는 수축하여, 고압의 유압 유체를 구동 모터로 밀어낸다. 이와 동시에, 원동기로부터 나오는 고압 유압 유체가 제2 유체 챔버로 입력되어 제2 피스톤면에 압력을 가하고, 이것에 의해 제2 유체 챔버를 팽창시킨다. 제2 유체 챔버가 제1 유체 챔버와 협력하여 팽창함에 따라, 제2 피스톤면에 작용하는 힘과 제1 피스톤면에 작용하는 힘이 제3 유체 챔버로부터 유체를 배출시킨다.
- 따라서 구동 기구는 압축된 어큐뮬레이터 작동 가스 더하기 원동기의 출력의 결합 동력으로 해머 웨이트를 하방으로 이동시킨다. 그 결과 해머 웨이트에 작용하는 유효 구동력은 원동기의 가능한 최대 출력보다 더 크다.
- 하행 행정 전환 단계;
- 해머 웨이트는 자신의 하방 이동의 한계에 도달하고 구동 기구는 하방 이동을 멈추거나 해머 웨이트로부터 분리되고,
- 어큐뮬레이터 작동 가스는 작동 사이클에서 자신의 최소 압력 상태로 있다. 원동기로부터의 유체 유동은 낮거나 무시할 만한 압력하에 있으며 제2 유체 챔버로부터 구동 모터로 전환된다.
따라서, 본 발명은, 원동기의 최대 동력 출력보다 더 큰 힘을 주기 위해서 원동기로부터 나오는 힘과 합성하는 방식으로 사이클의 별개의 단계(예를 들면, 어큐뮬레이터 동력 행정)에 가해질 때까지 시스템이 어큐뮬레이터에 저장하기 위한 원동기의 미사용 용량(capacity)이 있는 사이클의 일부(예를 들면, 해머 웨이트 상행 행정)로부터 동력을 '재생(scavenge)'(다시 말해서, 미사용 동력을 추출)할 수 있게 해준다는 것을 알 수 있다.
한 가지 예시적인 수치 예로서, 10KW의 최대 동력 출력을 가진 원동기를 가진 종래의 시스템에 있어서, 4KW는 해머 웨이트를 상방으로 들어올리는데 충분할 수 있지만, 해머 웨이트를 하방으로 구동하여 작업면에 충격을 가하는 동력 행정 동안 10KW 전부가 구동 모터에 가해질 수 있다. 동일한 10KW 원동기를 이용하여 본 발명에 따른 어큐뮬레이터를 결합시키는 것에 있어서, 충전 행정 동안 0.5초 동안 사용가능한 미사용 6KW가 어큐뮬레이터 작동 가스를 압축하는데 사용될 수 있고, 이것에 의해 3KJ의 에너지를 저장할 수 있다. 따라서, 동력 행정시에, 구동 펌프는, 22KW의 합성 동력 출력을 주기 위해서 최대 원동기 동력(10KW) 더하기 0.25초 동안 가해진 압축된 어큐뮬레이터 작동 가스로부터 방출되는 3KJ의 에너지(12KW의 동력을 제공하는)의 결합에 의해 구동될 수 있다. 이와 달리 종래 기술의 피구동 해머(driven hammer)를 이용하여 이러한 동력 출력을 얻는 것은 22KW의 원동기를 이용하는 것의 비용과 복잡성을 요할 수 있지만, 어큐뮬레이터 충전 행정 동안 해머 웨이트를 들어올리는 데는 4KW만 필요하다.
전형적인 가변 용량형 원동기 유압 펌프는 저압으로 고유동을 전달하거나 고압으로 저유동을 전달할 수만 있다. 그러나, 대부분의 유압 구동 모터는 고유동 및 고압을 이용할 수 있고 그 결과 원동기의 출력 특성을 일치시키지 못한다. 이에 대하여, 본 발명의 바람직한 실시예는, 상기한 어큐뮬레이터의 사용을 통하여, 고압 및 고유동을 구동 모터로 공급할 수 있다. 비교적 긴 기간의 충전 행정 동안, 원동기는 해머 웨이트를 들어올리면서 어큐뮬레이터를 가압하기 위하여 고압 및 저유동으로 유체를 제공할 수 있다. 비교적 짧은 기간의 동력 행정 동안, 원동기는 해머 웨이트를 하방으로 구동시키면서 어큐뮬레이터의 출력과 결합되어, 고가속(high acceleration)에 대한 요구에 부응하는 고유동 및 저압으로 유체를 제공할 수 있다.
따라서 본 발명은 시스템의 총 동력을 원동기의 최대 동력보다 많게 하기 위해서 미사용 동력 용량(unused power capacity)이 사이클의 적어도 한 부분 동안 이용될 수 있고 사이클의 하나 이상의 별개의 부분에서 원동기의 이용가능한 최대 동력에 부가될 수 있는 임의의 사이클 시스템에 적용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명은 상이한 압력 단계/행정(특히 저압 충전 행정)를 가진 작동 사이클과 증가된 압력, 증가된 유압 유체 유동 또는 상기 양자 모두로부터 이익을 얻을 수 있는 사이클의 한 지점을 가진 임의의 실시예에 대해서 감소된 동력 요건 또는 증가된 출력을 제공할 수 있다.
다른 실시형태에 따르면, 본 발명은
- 대체로 상기한 것과 같은 어큐뮬레이터;
- 왕복운동하는 구성요소;
- 상기 왕복운동하는 구성요소를 왕복운동으로 및/또는 주기적으로 이동시킬 수 있는 구동 기구;
를 포함한다.
바람직하게는, 상기 왕복운동하는 구성요소의 왕복운동은, 상기 장치의 작동 동안 상기 왕복운동하는 구성요소가 선형적인 경로, 비-선형적인 경로, 중단된 경로, 궤도 경로 및 불규칙적인 경로 그리고 이들의 임의의 조합형태의 경로를 포함하는, 경로를 따라서 반복적으로 이동하는 상기 장치의 임의의 작동 사이클을 포함한다.
이러한 실시예의 예는,
Figure pct00031
복동 실린더(double-acting cylinder)를 필요로 하는 왕복운동하는 기계류, 예를 들면, 공급장치, 제재용 기계(sawmill), 목재 분쇄기, 압밀 장비, 플라스틱 성형 장비;
Figure pct00032
사이클에 하나의 고부하점(high load point)을 가지고 있는 실린더형 기계류, 예를 들면, 농업용 건초 포장기, 콘크리트 파쇄기;
Figure pct00033
행정의 부분적인 재생 제동(regenerative braking)이 바람직한, 고중량(high mass) 또는 고속도의 왕복운동하는 기계류, 예를 들면, 굴삭기 및 크레인에서의 선회 기구(slewing mechanism);
를 포함한다.
바람직하게는, 제2 유체 챔버와 제3 유체 챔버는 공통 슬리브 내에 배치되어 있으며 상기 제2 피스톤면과 제3 피스톤면을 가진 제2 피스톤에 의해 분리되어 있다.
상기한 실시예로부터 다양한 변형 및 수정이 가능하다. 비록 하나의 바람직한 실시예에서, 상기 어큐뮬레이터가 제1 피스톤 슬리브와 제2 피스톤 슬리브 내에 배치된 양단형(double-ended) 피스톤 어셈블리로 형성되어 있고,
Figure pct00034
제1 피스톤과 제2 피스톤은, 상기 제1 유체 챔버와 제3 유체 챔버를 각각 형성하기 위해, 상기 제1 피스톤 슬리브와 제2 피스톤 슬리브 내에서 각각 이동가능하고;
Figure pct00035
상기 제1 피스톤과 제2 피스톤은, 상기 제1 피스톤면과 제3 피스톤면을 각각 형성하는, 상기 제1 챔버와 제3 챔버 내에 피스톤면을 가지고 있고;
Figure pct00036
상기 제1 피스톤과 제2 피스톤은, 제1 피스톤의 제1 피스톤면의 이동에 의한 제1 유체 챔버의 팽창 또는 수축이 제2 피스톤의 상기 제3 피스톤면의 이동에 의한 제3 유체 챔버의 상반된 수축 또는 팽창을 초래하도록 구성된 커넥터에 의해 함께 결합되어 있으며;
Figure pct00037
상기 제1 피스톤과 제2 피스톤은, 상기 커넥터가 가역적으로 이동가능하게 통과할 수 있게 해주는 적어도 하나의 중간 칸막이에 의해 분리된 상기 제1 피스톤 슬리브와 제2 피스톤 슬리브 내에 각각 배치되어 있으며;
Figure pct00038
제2 유체 챔버는
- 상기 중간 칸막이,
- 상기 제2 피스톤 슬리브의 내측 표면의 일부분, 그리고
- 상기 제3 피스톤면의 반대쪽에서 상기 제2 피스톤에 형성된, 제2 피스톤면으로 형성되어 있지만,
상기 어큐뮬레이터는 다양한 구성으로 만들어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 커넥터를 제1 피스톤과 제2 피스톤의 사이로 통과시키기 위해 통로가 중간 칸막이에 포함되어 있다.
제1 피스톤 슬리브와 제2 피스톤 슬리브 사이의 중간 칸막이는 명료성을 기하기 위해 본 명세서에서는 단일 형태로 되어 있다. 그러나, 이 "칸막이"는 한 개의 일체형 장벽(barrier), 벽(wall) 또는 이와 유사한 것으로 제한되지 않으며 복수의 벽, 장벽, 막(membrane) 또는 이와 유사한 것으로 형성된 칸막이 및/또는 시일(seal), 막, 코팅, 돌출부 또는 임의의 다른 구성요소들을 포함하는, 복수의 구성요소를 가진 칸막이도 지칭하는 것이라는 점을 알아야 한다.
단순한 압출 부품 또는 기계가공 부품이, 제1 유체 챔버 및 제3 유체 챔버의 말단부에 있는 엔드플레이트를 관통하여 기다란 볼트(longitudinal bolt)에 의해 고정된, 공통 축에 대해 함께 조립될 수 있는 양 실린더 슬리브를 형성하기 위해서 사용될 수 있다는 점에서 상기 실시예는 제조의 단순성을 제공한다.
선택적으로, 상기 제1 피스톤 슬리브와 제2 피스톤 슬리브는 길이방향으로 동축으로 되도록 배향될 수 있다. 대체 구성에서는, 상기 제1 피스톤과 제2 피스톤이, 크랭크 축, 힌지식 링크장치(hinged linkage) 및 커넥팅 로드(con-rod), 및/또는 피스톤들이 평행한 배향(parallel orientation)을 포함하여 임의의 각도로 서로 오프셋될 수 있게 하는 임의의 구성 중의 몇 가지 형태를 통하여 결합될 수 있다. 따라서 상기 제1 피스톤 슬리브와 제2 피스톤 슬리브이 동축으로 되거나 함께 연결될 필요가 없다는 결론이 나온다. 상기한 어큐뮬레이터 구성은, 제1 피스톤면, 제2 피스톤면 및 제3 피스톤면이 함께 결합되어 있기만 하면 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않고서 변경될 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 제1 피스톤과 제2 피스톤은 제1 커넥팅 로드와 제2 커넥팅 로드에 각각 연결되어 있고, 상기 커넥팅 로드는 동일하지 않은 위치에서 레버에 피벗식으로 연결되어 있고, 상기 레버는 지렛목(fulcrum)에 대해서 피벗운동한다. 상기 지렛목과 상기 레버에 대한 커넥팅 로드 연결부 각각의 사이의 상대적인 거리를 변화시키면 제1 피스톤과 제2 피스톤 사이의 대응하는 동력비(power ratio)가 변화한다. 통상적인 유압 피스톤/피스톤 슬리브는 최적 동력비를 제공하기에는 지나치게 클 수 있는 다양한 증분량(size increment)으로 제조된다. 단지 지렛목의 위치를 이동시킴으로써 제1 피스톤과 제2 피스톤 사이의 동력비를 쉽게 변화시키는 능력은 상이한 피스톤 직경을 사용하는 것만에 의해 경제적으로 얻기에 어려운 조절성(adjustability)을 제공한다. 상기한 바와 같이 동력비를 미세 조정하는 능력은 저압 또는 고압 한계, 및/또는 제1 피스톤 어셈블리와 제2 피스톤 어셈블리 사이의 낮은 최대 압력 차이가 있는 상황에도 적합하다.
본 발명의 다른 실시예는, 작동 사이클의 서로 다른 단계들 사이의 전환을 촉발시키도록 적절한 신호전달 입력을 유압 제어 회로망에 제공하는 신호전달 기구의 병합을 포함할 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 상기 신호전달 기구는 상기 제1 피스톤의 상기 제1 피스톤면에 대해 반대쪽에 배치된 이동가능한 제4 피스톤면과 상기 제1 피스톤 슬리브에 걸쳐 있는 상기 중간 칸막이면의 사이에서 상기 제1 피스톤 슬리브에 형성된 제4 유체 챔버에 통합된 신호전달 포트를 포함하고 있다. 이 신호전달 포트는, 신호전달 포트 피스톤/밸브와 상기 제1 피스톤 사이의 직접적인 접촉을 초래하거나, 제4 유체 챔버 내의 기체 또는 액체의 압축이 임계 레벨(threshold level)을 초과하도록 하기 위해서 충전된 어큐뮬레이터 작동 가스의 힘을 받는 상태에서의 제1 피스톤의 충분한 이동에 의해 촉발되도록 구성된 소형 밸브 또는 피스톤을 포함할 수 있다. 종래의 신호전달 수단은 외부 센서를 가진 피스톤의 둘레에 자기 링(magnetic ring)을 이용하는 것 및 이러한 다른 알려진 방법을 이용하는 것과 같은 방식으로 사용될 수도 있다.
대안으로서, 상기 신호전달 기구의 역할은 제1 유체 챔버의 압력을 모니터링하는 압력 센서에 의해 교체될 수 있다.
어느 하나의 실시예, 다시 말해서, 압력 센서 또는 신호전달 기구는, 바람직하게는 동력 행정의 끝과 충전 행정의 시작의 사이에서 기동되도록 구성될 수 있다.
하나의 실시예에서 '재생 단계(regenerative stage)'가 작동 사이클에 포함될 수 있다. 하행 행정/동력 행정의 끝에서는, 구동 기구가 해머 웨이트로부터 분리되고 제1 피스톤이 제1 피스톤의 이동의 끝에 있을 때 상행 행정/충전 행정 동안 저장된 에너지의 어큐뮬레이터 작동 가스가 방출된다. 그러나, 구동 기구 구성요소들, 예를 들면, 구동 모터, 체인, 스프로킷 등은 하행 행정/동력 행정 동안 자신들의 운동(movement)으로부터 상당한 잔존하는 운동 에너지와 모멘텀(momentum)을 여전히 보유하고 있다. 구동 기구의 잔존하는 운동 에너지는, 유압 유체를 잠시 구동 모터로부터 비워진 어큐뮬레이터의 제3 유체 챔버로 보냄으로써 유리하게 흡수될 수 있다. 구동 모터 유체 유동의 어큐뮬레이터로의 일시적인 전환(diversion)은 어큐뮬레이터 작동 가스를 예비 충전(pre-charging)하는데 도움이 되고 구동 기구가 상행 행정/충전 행정을 위해 적절한 속도(appropriate rate)로 감속되는데 필요한 시간을 감소시킨다. 대안으로서, 구동 펌프 출력을 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버로 방향을 바꾸는 것을 촉발시키기 위해서 상기 신호전달 기구 또는 압력 센서가 재생 단계에서 기동되도록 구성될 수도 있다.
어큐뮬레이터는 기본적으로 아래의 두 개의 '측(side)', 다시 말해서;
- 주기적으로 압축되고 팽창되는 제1 유체 챔버 내의 일정량의 어큐뮬레이터 작동 가스로 이루어진 '가스측', 그리고
- 제2 유체 챔버 및/또는 제3 유체 챔버에 대해 유입되고 유출되는 가변량의 비압축성 유압 유체로 이루어진 '액체측'('오일측'으로도 알려져 있음)
을 가지는 것으로 여겨질 수 있다.
어큐뮬레이터의 상기 두 개의 '측'에 사용된 유체는 상이한 유체 특징과 열역학적 특징을 가지고 있으며 이것은 가스측과 오일측 사이의 최적의 상호작용을 보장하기 위해 상이한 피스톤 구성 및 치수를 필요로 한다는 것을 알 수 있을 것이다.
실제로, 예를 들어, '가스측'에서는, 자신의 과제(task)를 효과적으로 수행하기에 충분한 최소 압력의 어큐뮬레이터 가스 압력을 이용하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 구동되는 해머의 예에서는 상기 최소 압력이 70bar가 될 수 있다. 보다 높은 가스 압력은 현재의 가스 밀봉 기술의 본질적인 특성으로 인해서 시간이 경과함에 따라 필연적으로 가스 누출을 초래한다.
이와 대조적으로, '오일측'에서는, 전형적인 고압 유압 시스템이 상당히 높은 압력, 예를 들면, 280bar에서 작동할 수 있다. 따라서, 본 예에서, 가스측과 오일측의 행정을 일치시키기 위해서, 가스측 제1 피스톤면의 면적이 바람직하게는 오일측 제2 피스톤면과 제3 피스톤면의 면적보다 4배 더 크다. 따라서, 어큐뮬레이터의 효율은 상이한 적용 요건에 대해 어큐뮬레이터를 조정하기 위해서 몇 가지 핵심 파라미터(core parameter)를 변화시키는 것에 의해서 최적화될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
특정 적용예의 필요에 따라 가스측과 오일측에 대해서 변경될 수 있는 어큐뮬레이터 파라미터는 바람직하게는
Figure pct00039
가스측(Gas-side):
- 제1 피스톤면의 면적;
- 제1 피스톤 행정 길이;
- 제1 유체 챔버의 가스 압력;
- 스프링 체적; 그리고
- 스프링률(spring rate);
Figure pct00040
오일측(Oil-side):
- 제2 피스톤면의 면적;
- 제3 피스톤면의 면적;
- 제2 피스톤 행정 길이;
- 제2 유체 챔버의 유압 유체 압력;
- 제3 유체 챔버의 유압 유체 압력;
을 포함한다.
그러나, 어큐뮬레이터 작동 가스가 압축되도록, 다시 말해서, '충전되도록' 하기 위해서 오일측에 작용하는 힘(다시 말해서, 총 오일측 피스톤면 면적 x 오일측 유체 압력)이 가스측에 의해서 가해진 힘(다시 말해서, 가스측 피스톤면 면적 x 가스 압력)보다 더 커야 한다는 것을 알 수 있을 것이다. 어큐뮬레이터를 완전히 충전하는데 필요한 것보다 더 큰 오일측 압력을 가지는 것은 유효한 이익을 초래하지 못한다는 것도 알 수 있을 것이다.
극단적인 작동 한계(extreme operating limit)에서, 원동기 유압 펌프는, 설계형태에 따라, 보통 유압 유체 압력이나 유동에 있어서의 초기 감소를 초래한다. 따라서 어큐뮬레이터는 조기 유동 손실(early flow loss)이나 조기 압력 손실(early pressure loss)에 대해 최적의 결과를 제공하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 동력 드롭 해머, 콤팩터(compactor), 공급장치(feeder), 제재용 기계(sawmill), 목재 분쇄기, 압밀 장비(compaction equipment), 플라스틱 성형 장비, 농업용 건초 포장기, 콘크리트 파쇄기, 굴삭기 및 크레인의 선회 기구를 포함하는 다양한 주기적으로 및/또는 왕복운동하는 기계류의 성능 및/또는 효율을 향상시킬 수 있는 어큐뮬레이터를 제공한다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 추가적인 실시형태들 및 장점들이 단지 예로서 주어지고 첨부도면을 참조하는 아래의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 어큐뮬레이터의 길이방향 단면도를 도시하고 있다.
도 1b는 신호 포트를 구비한 도 1의 어큐뮬레이터의 길이방향 단면도를 도시하고 있다.
도 2는 도 1a의 어큐뮬레이터의 끝면 및 부분 길이방향 단면도를 도시하고 있다.
도 3은 동력식 드롭 해머 및 내부 구성요소를 보여주기 위해 부분 단면으로 도시된 동력식 드롭 해머를 가진 캐리어의 측면도를 도시하고 있다.
도 4a는 도 3의 동력식 드롭 해머와 함께 작동하는 도 1a의 어큐뮬레이터의 사이클 작동의 제1 단계의 개략도를 도시하고 있다.
도 4b는 도 3의 동력식 드롭 해머와 함께 작동하는 도 1a의 어큐뮬레이터의 사이클 작동의 제2 및 제3 단계의 개략도를 도시하고 있다.
도 4c는 도 3의 동력식 드롭 해머와 함께 작동하는 도 1a의 어큐뮬레이터의 사이클 작동의 제4 단계의 개략도를 도시하고 있다.
도 4d는 도 1b의 어큐뮬레이터가 사용되는, 도 4c에 도시된 제4 단계에 대한 대안적인 제4 단계의 개략도를 도시하고 있다.
도 5a-d는 각각 도 4a-c의 작동 사이클의 제1, 제2, 제3 및 제4 단계에 있어서의 도 1a의 어큐뮬레이터를 길이방향 단면으로 도시하고 있다.
도 6a-d는 각각 각각 도 4a-c의 작동 사이클의 제1, 제2, 제3 및 제4 단계에 있어서의 제2 실시예의 어큐뮬레이터를 길이방향 단면으로 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 어큐뮬레이터의 길이방향 단면도를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 어큐뮬레이터의 길이방향 단면도를 도시하고 있다.
도 9는 콤팩터 램과 함께 작동하는 도 1a의 어큐뮬레이터의 개략도를 도시하고 있다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 어큐뮬레이터의 길이방향 단면도를 도시하고 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 어큐뮬레이터를 도시하고 있다.
발명을 실시하기 위한 최적의 모드
도 1-10의 참조 번호
Figure pct00041
Figure pct00042
도면은 본 발명의 여러 가지 실시예들을 어큐뮬레이터 및 어큐뮬레이터를 편입한 동력식 드롭 해머의 형태로 도시하고 있다.
도 1a 및 1b는 각각 본 발명의 바람직한 개략적 실시예들을 비-신호전달어큐뮬레이터 및 신호전달 어큐뮬레이터의 형태로 도시하고 있다. 양 실시예들은 실질적으로 유사하며, 동일 부분은 동일 참조 번호가 부여되어 있다.
도 1a의 어큐뮬레이터(1)는 제1 피스톤 슬리브(3) 및 제2 피스톤 슬리브(4) 내에 배치된 피스톤 어셈블리(2)를 포함하고 있다. 피스톤 어셈블리(2)는 커넥터(7)에 의해 결합되는 제1 피스톤 슬리브(3) 내부에 배치된 제1 피스톤(5) 및 제2 피스톤 슬리브(4) 내부에 배치된 제2 피스톤(6)으로 된 양단형 피스톤으로 이루어져 있다.
에너지 저장 장치가 가스와 같은 압축성 유체의 형태로 제공되는 에너지 저장 매체를 수용하여 보관하도록 구성된 제1 유체 챔버(8)의 형태로 제공된다. 제1 유체 챔버(8)는 엔드플레이트(16), 제1 피스톤 슬리브(3)의 내측 표면 및 상기 제1 피스톤(5) 상에 위치된 제1 피스톤면(9) 사이에 형성된다. 제2 피스톤(6)은 제2 피스톤 슬리브(4) 내부에 위치되는 제2 유체 챔버(10) 및 제3 유체 챔버(11)의 양자의 일부분을 형성한다. 제2 피스톤(6)의 양측에 배치되는 제2 피스톤면(12) 및 제3 피스톤면(13)이 각각 제2 유체 챔버(10) 및 제3 유체 챔버(11)를 위한 이동가능한 밀봉면을 제공한다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예들에 있어서, 피스톤 슬리브(3, 4)는 함께 조립되어 공통 길이방향 축선(14) 둘레로 배향되는 실린더로서 구성된다. 피스톤 슬리브(3, 4)는 상기 제1 및 제3 피스톤면(9, 13)과 대향하여 제1 및 제3 유체 챔버(8, 11)의 말단부를 한정하는 각각의 엔드플레이트(16, 17)를 관통하는 길이방향 볼트(15)에 의해 고정된다. 대안적인 실시예들은 엔드플레이트(16, 17)를 슬리브(3, 4)에 고정시키기 위해 용접, 스크루 또는 다른 수단을 사용할 수 있을 것이다. 제1 및 제2 피스톤(5, 6)은 커넥터(7)에 의해 강성의 선형 로드의 형태로 함께 결합되어, 양 피스톤(5, 6)이 피스톤 슬리브(3, 4) 내에서 상기 길이방향 축선(14)을 따라 함께 자유롭게 또한 가역적으로 이동하는 것을 가능하게 해준다. 따라서, 제1, 제2 및 제3 피스톤면(9, 12 및 13)이 함께 결합된다는 것을 알 수 있다. 제1 및 제2 피스톤(5, 6) 및 커넥터(7)로 이루어진 피스톤 어셈블리(2)의 이동이 제1 및 제3 유체 챔버(8, 11)가 서로에 대해 상반적으로 팽창 및 수축하게 만들고 제1 및 제2 유체 챔버(8, 10)가 동조적으로 팽창 및 수축하게 만든다.
커넥터(7)는 또한 제1 및 제2 피스톤 슬리브(3, 4)를 나누는 중간 칸막이(18)를 관통한다. 칸막이(18)는 제2 피스톤 슬리브(4) 내의 제2 유체 챔버(10)와 제1 피스톤 슬리브(3) 내에 배치된 제4 유체 챔버(19)의 양자의 일부분을 형성하는 고정면을 제공한다. 그에 따라, 피스톤 어셈블리는 4개의 가역적으로 수축/팽창 가능한 유체 챔버(8, 10, 11, 19)를 가진 양단형, 양면형 피스톤 어셈블리를 효과적으로 제공한다.
제2 유체 챔버(10)는 제2 피스톤 슬리브(4)의 내측 표면, 칸막이(18) 및 제3 피스톤면(13)에 대해 제2 피스톤(4)의 반대 측에 형성된 제2 피스톤면(12)에 의해 한정된다. 제4 유체 챔버(19)는 칸막이(18)의 반대 측에 배치되어 제1 피스톤 슬리브(3)의 내측 표면, 칸막이(18) 및 제1 피스톤면(9)에 대해 제1 피스톤(5)의 반대 측에 형성된 제4 피스톤면(20)에 의해 한정된다.
따라서, 유체 챔버(8, 10, 11, 19)는 상기 제1 및 제3 유체 챔버(8, 11)가 상반적으로 작동하고, 상기 제1 및 제2 유체 챔버(8, 10)가 동조적으로 작동하도록 결합된다는 것이 쉽게 이해될 것이다. 따라서, 제1 챔버(8) 내에서의 팽창은 각각 제2 유체 챔버(10) 내에서의 팽창 및 제3 및 제4 유체 챔버(11, 19) 내에서의 수축을 발생시키며, 그 반대도 성립한다. 마찬가지로, 제1 챔버(8) 내에서의 수축은 각각 제2 유체 챔버(10) 내에서의 수축 및 제3 및 제4 유체 챔버(11, 19) 내에서의 팽창을 발생시키며, 그 반대도 성립한다.
사용에 있어, 제1 유체 챔버(8)는 초기에 밸브 포트(21)(도 1에만 도시됨)를 통해 정해진 체적의 질소와 같은 압축성 불활성 가스로 충전되는 한편, 제4 유체 챔버(19)는 대기압 또는 그것에 근접한 압력의 공기로 충전된다. 제2 및 제3 유체 챔버(10, 11)는 모두 각각의 포트(22, 23)를 통해 비압축성 유압 유체를 수용 및 배출하도록 구성되어 있다. 도 2는 작동 사이클의 일부분 중에 과잉의 원동력 축적이 가능하고, 사이클의 다른 부분에서 부가적인 동력을 활용하는 것이 바람직한 여러 가지 사이클식 적용처에서 제2 및 제3 유체 챔버 포트(22, 23)에 끼워맞춤되는 표준 유압 커넥터(24, 25)를 도시하고 있다. 어큐뮬레이터(1)는 특히 동력식 드롭 해머 실시예에서의 사용에 적합하다. 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 궤도식 캐리어 형태의 원동기(26)에 부착되는 동력식 드롭 해머(100) 형태로 도시하고 있다. 원동기(26)는 드롭 해머(100)를 작동시키기 위한 동력원이며, 일반적으로 공지의 방식으로 유압 유체 라인(도 3에 도시되지 않음)을 통해 드롭 해머(100)에 연결되는 캐리어의 보조 유압 펌프(개별적으로 도시되지 않음)에 의해 구비된다. 원동기는 다양한 형태를 취할 수 있으며, 보조 유압 펌프(도 3에 도시된 바와 같은)에 동력을 제공하는 궤도식 캐리어는 단지 예시적인 것임을 이해할 것이다.
도 4a-c는 각각 작동 사이클의 4개의 단계를 통해 작동하는 어큐뮬레이터(1)를 편입하고 있는 동력식 드롭 해머(100)의 개략도를 도시하고 있다.
동력식 드롭 해머(100) 및 어큐뮬레이터(1) 장치의 요소들은 도 4a-c의 각각에서와 같고, 그에 따라 참조 번호, 특히 유압 유체 라인을 나타내는 참조 번호는 필요하지 않은 경우 명료함을 위해 반복되지 않는다. 동력식 드롭 해머(100)는 전체적으로 해머 어셈블리(27)와 함께 여기에 설명되는 바와 같은 어큐뮬레이터(1)를 포함하고 있고, 해머 어셈블리(27)는:
- 하우징(29)(도 3에만 도시됨);
- 상승 표면 돌출부(30) 및 하향 구동 표면 돌출부(31) 형태의 2개의 구동 결합 표면을 가진 해머 웨이트(28);
- 해머 웨이트(28) 상의 구동 결합 표면(30, 31) 중의 어느 하나와 결합하도록 구성된 구동 돌출부(32); 및
- 유압 모터(36)에 의해 상부 스프로킷(34) 및 하부 스프로킷(35) 둘레로 구동되는 엔드리스 구동 체인(33) 형태의 구동 기구를 포함하고 있다.
여기에 설명되는 동력식 드롭 해머(100)와 같은 적용처에 있어서는, 해머 웨이트(28)가 충격면으로 하향 구동되기 이전의 휴지 위치로 옮겨지는 것이 필요할 때 해머 웨이트(28)가 상승될 수 있는 속력에 대한 고유 한계가 존재한다. 해머 웨이트(28)가 상승되는 속도가 크면 클수록, 해머 웨이트(28)가 어떠한 보조 없이 즉 중력에 의해 감속되는 데 필요한 높이도 더 커지며, 그리고/또는 동력식 드롭 해머 시스템(100) 내로 편입된 완충기 시스템에 의해 흡수되어야 할 충돌 충격도 더 강해진다. 반면에, 최대의 충격력을 제공하기 위해서는 가장 높은 성취가능한 속도로 해머 웨이트(28)를 하향 구동시키는 것이 매우 바람직하다.
구동 기구가 작동할 때, 유압 모터(36)는 구동 체인(33)을 회전시키기 위해 상부 스프로킷(34)을 구동시킨다. 그에 따라, 체인(33)에 부착된 구동 돌출부(32)가 2개의 실질적으로 반대 방향인 스프로킷(34, 35) 사이의 체인(33)의 이동 경로 둘레로 이동한다. 드롭 해머(100)가 일정 범위의 각도 배향으로 작동할 수 있겠지만, 수직방향의 경우가 여기서는 간단함을 위해 고려되고, 도 4a-c에 도시되고 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 구동 체인(33) 및 구동 돌출부(32)의 경로는 수직 상방 및 그 다음의 하방 경로로 스프로킷(34, 35) 사이를 이동하며, 여기서는 각각 '상행 행정' 및 '하행 행정'이라 한다.
작동 사이클의 4개의 단계(도 4 a-c에 도시됨)는:
도 4a. 상행 행정 단계 - W로부터 X까지: 구동 체인(33)이 상행 행정의 출발점에서 회전될 때, 구동 돌출부(32)가 상승 표면 돌출부(30)와 결합하고, 해머 웨이트(28)가 상방으로 상승된다.
도 4b. 상행 행정 전환 단계 - X로부터 Y까지: 해머 웨이트(28)가 상행 행정의 상사점에 도달할 때, 구동 돌출부(32)가 상부 스프로킷(34) 둘레로 회전하고, 해머 웨이트(28)가 구동 돌출부(32)로부터 결합해제된다. 해머 웨이트(28)의 상방 이동이 일시적으로 중단되고, 그 후에 다음으로 해머 웨이트(28)가 중력의 작용 하에 하방 이동하기 시작한다. 바람직한 실시예에 있어서, 드롭 해머(100)는 해머 웨이트(28) 상방 이동을 구속하기 위해 하우징(29)의 상부 부분에 구속 스프링(도시 안됨)을 구비한다. 해머 웨이트(28)는 일시적 정지에 이를 때까지 스프링 가압력에 대항하여 구속 스프링에 작용하고, 그 후에 스프링은 해머의 하방 이동에 대한 추가적인 구동력으로서의 에너지를 방출한다.
도 4b. 하행 행정 단계 - Y로부터 Z까지: 해머 웨이트(28)가 하행 행정의 출발점에서 하방 이동할 때, 구동 돌출부(32)가 해머 웨이트(28) 상의 하향 구동 표면 돌출부(31)와 결합하여 하방 구동시키는 중력에 추가적인 추동력을 부가시킨다.
도 4c. 하행 행정 전환 단계 - Z로부터 W까지: 하행 행정의 하부 부분을 향하면서, 구동 돌출부(32)는 하부 스프로킷(35) 둘레를 통과하기 전에 하향 구동 표면 돌출부(31)로부터 분리되고, 해머 웨이트(28)는 하방 이동을 계속하여 충격면(도시 안됨)과 충돌한다. 하부 스프로킷(35)을 통과한 후, 구동 돌출부(32)는 해머 웨이트(28) 상의 상승 표면 돌출부(30)와 재결합하고, 사이클 순서가 반복된다.
어큐뮬레이터(1)의 작동은 다음에 의해 상술한 해머의 사이클 작동 내로 통합된다.
Figure pct00043
'충전 행정'은 제1 유체 챔버(8) 내의 어큐뮬레이터의 작동 가스를 압축시킴으로써 어큐뮬레이터(1) 내에 에너지를 저장하는 것을 의미한다. 충전 행정은 도 4a에 도시된 해머 상행 행정(W-X) 시의 해머 웨이트(28)의 상승 중에 실행된다.
Figure pct00044
'동력 행정'은 도 4b에 도시된 해머 하행 행정(Y-Z) 시의 해머 웨이트(28)의 하강 중에 유압 구동 모터(36)에 가해지는 유압 유체 유량을 증가시키기 위한 어큐뮬레이터 제1 유체 챔버(8) 내에 저장된 에너지의 방출을 의미한다.
도 4a-c는 또한 원동기(유압 펌프 및 유압 오일 저장조로 상징적으로 표시됨), 구동 모터(36) 및 어큐뮬레이터 제2 및 제3 유체 챔버(10, 11) 사이의 유압 유체 접속부를 도시하고 있으며, 상기 접속부는:
Figure pct00045
원동기(26)로부터 각각 구동 모터(36)까지의, 어큐뮬레이터 제2 유체 챔버(10)까지의, 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버(11)까지의 압력 라인(37, 38, 39);
Figure pct00046
각각 구동 모터(36)로부터, 구동 모터(36)로부터, 어큐뮬레이터 제2 유체 챔버(10)로부터 원동기(26)까지의 배출 라인(40, 41);
Figure pct00047
어큐뮬레이터 제3 유체 챔버(11)와 구동 모터(36) 사이의 압력 라인(42)을 포함하고 있다.
어큐뮬레이터(1)는 다음과 같이 도 4a-c에 도시된 동력식 드롭 해머(100)의 작동 사이클 내로 통합된다.
해머가 그것의 최하점(다시 말해서, 작업면과의 충격점)에 있는 상태에서의 해머 웨이트 상행 행정의 초기를 사이클의 시작 기준점으로 하면(도 4a에 도시된 바와 같이), 동력식 드롭 해머(100)는 위치 참고 마커(W, X, Y, Z)(도 4a-c에 도시됨) 사이에서의 구동 돌출부(32)의 통과에 따라 다음의 스텝들을 실행한다.
스텝 I. 해머 웨이트 상행 행정 및 어큐뮬레이터 충전 행정 스텝(도 4a, W-X): 어큐뮬레이터(1)가 원동기(26)로부터 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버(11) 내로의 고압 유동(39)에 의해 충전된다. 제3 유체 챔버(11)를 가압함으로써, 결합된 제1 유체 챔버(8)의 수축 및 그에 따른 그 내부의 어큐뮬레이터 작동 가스의 가압을 일으킨다. 해머 웨이트(28)가 원동기(26)로부터의 고압 유동(37)에 의한 구동 모터(36)의 기동에 의해 상승된다.
스텝 II. 상행 행정 전환 스텝(도 4b, X-Y): 해머 웨이트(28)가 그것의 상방 이동의 한계에 도달하고, 구동 돌출부(32)가 해머 웨이트(28) 상의 상승 표면 돌출부(30)로부터 결합해제된다. 제1 유체 챔버(8) 내의 어큐뮬레이터 작동 가스는 작동 사이클에서의 그것의 최대 압력까지 압축된다.
스텝 III. 해머 웨이트 하행 행정 및 어큐뮬레이터 동력 행정 스텝(도 4b, Y-Z): 고압 어큐뮬레이터 작동 가스가 제1 피스톤면(9)을 이동시켜 제1 유체 챔버(8)를 팽창시킴에 따라 어큐뮬레이터(1)가 방전된다. 그에 따라, 상기 제1 유체 챔버(8)에 결합된 제3 유체 챔버(11)가 수축하여, 출구(23)를 통해 고압 라인(42)을 거쳐 구동 모터(36)로 유압 유체를 방출시킨다. 동시에, 원동기(26)로부터의 압력 라인(38) 내의 고압 유압 유체가 제2 유체 챔버(10)로 입력되어 제2 피스톤면(12) 상에 압력을 가함으로써, 제2 유체 챔버(10)가 팽창하고 결합된 제3 유체 챔버(11)가 수축하게 만든다.
제2 유체 챔버(10)가 제1 유체 챔버(8)와 동조적으로 팽창함에 따라, 제2 피스톤면(12) 상에 작용하는 힘이 제1 피스톤면(9) 상에 작용하는 힘과 합성되어, 제3 유체 챔버(11)로부터 유체를 배출시킨다. 그에 따라, 구동 기구는 제2 유체 챔버(10)의 제2 피스톤면(12)을 통한 원동기(26)의 동력이 더해진 제1 유체 챔버(8) 내의 압축된 어큐뮬레이터 작동 가스의 결합 동력으로 해머 웨이트(28)를 하방 구동시킨다.
스텝 IV. 하행 행정 전환 스텝(도 4c, Z-W): 구동 돌출부(32)는 작업면(도시 안됨)에 충돌할 때까지 하방 이동하는 해머 웨이트(28) 상의 하향 구동 표면 돌출부(31)로부터 결합해제된다. 제1 유체 챔버(8) 내의 어큐뮬레이터 작동 가스는 작동 사이클에서 그것의 최소 압력 상태에 있다. 원동기(26)로부터 유체 유동은 구동 돌출부(32)가 하부 스프로킷(35) 둘레를 통과하고 해머 웨이트(28)와 재결합하여 사이클을 반복할 때까지 낮은 또는 무시가능한 압력으로 제2 유체 챔버(10)로부터 구동 모터(36)로 전환된다.
도 4d는 전술한 작동 사이클의 변형예에 관한 것으로, 제4 유체 챔버(19) 내에 배치되는 신호전달 기구를 편입하고 있는 도 1b에 도시된 어큐뮬레이터 실시예를 이용하고 있다. 신호전달 기구는 신호전달 피스톤(44)(또는 대안적인 실시예들에서는 작은 밸브(도시 안됨))을 편입한 신호전달 포트(43)로 이루어지며, 신호전달 피스톤(44)은 제4 피스톤면(20)의 이동에 의해 이동되어, 당해 신호전달 피스톤(44)과 상기 제4 피스톤면(20) 간의 직접적인 접촉이나, 임계값을 초과하는 제4 유체 챔버(19) 내의 기체 또는 액체의 압축을 일으키도록 구성되어 있다. 신호전달 기구는 상기 작동 사이클에서 스텝 IV의 하행 행정 전환 스텝 중에 '재생 스텝'을 다음과 같이 기동시키는 데 사용될 수 있다.
스텝 IV. 하행 행정 전환 및 어큐뮬레이터 재생 스텝(도 4d, Z-W): 구동 돌출부(32)는 작업면(도시 안됨)에 충돌할 때까지 하방 이동하는 해머 웨이트(28) 상의 하향 구동 표면 돌출부(31)로부터 결합해제된다. 제1 유체 챔버(8) 내의 어큐뮬레이터 작동 가스는 작동 사이클에서 그것의 최소 압력 상태에 있다. 구동 모터(36), 구동 체인(33), 구동 돌출부(32) 및 스프로킷(34, 35)을 구비한 구동 기구는 해머 웨이트(28)로부터 결합해제된 이후에도 여전히 상당한 운동 에너지 및 모멘트를 보유한다. 잔존하는 구동 기구 운동 에너지는 잠시 동안 유압 유체를 구동 모터(36)로부터 유압 라인(42a)을 통해 다시 제3 유체 챔버(11)로 안내함으로써 어큐뮬레이터(1)로 전달된다. 구동 모터(36)로부터 제3 유체 챔버(11) 내로의 유압 유체의 이 일시적인 전환은 제1 유체 챔버(8) 내의 어큐뮬레이터 작동 가스의 예비 충전을 도와주고, 구동 기구가 상행 행정/충전 행정을 위한 적정 속도까지 느려지는 데 필요한 시간을 감소시킨다. 일단 구동 모터(36)의 속력이 해머 웨이트(28)를 상승시키는 데 필요한 초기 유동률과 조화될 정도로 충분히 강하되면, 원동기(26) 유압 출력은 유압 라인(37)을 통해 구동 모터(36)로 안내되고, 스텝 I로부터의 작동 사이클이 반복된다.
신호전달 기구에 의해 제공되는 어큐뮬레이터(1) 재생 단계의 기동은 대안적인 수단, 예를 들면 어큐뮬레이터 제1 유압 챔버(8) 내의 압력 강하를 전자적으로 감시하는 등에 의해 제공될 수 있을 것임을 이해할 것이다.
도 5a-d는 상술한 작동 사이클 스텝 I-IV 중의 어큐뮬레이터(1)의 확대도를 도시하고 있다. 도 5a는 어큐뮬레이터(1)가 충분히 방출되고, 제1 유체 챔버(8) 내의 작동 가스가 최소(다시 말해서, 예비 충전 압력) 상태에 있고, 모든 유압 유체가 제3 유체 챔버(11)로부터 배출된 스텝 I(Z-W)의 시작에 대응한다.
도 5b에 있어서는, 스텝 I(Z-W) 사이의 중간 지점에 대응하여, 제1 유체 챔버(8)가 부분적으로 압축되고, 제3 유체 챔버(11)가 유압 유체로 부분적으로 충전된 상태로, 어큐뮬레이터는 부분적으로 충전되어 있다. 도 5c는 제1 유체 챔버(8)가 작동 가스로 최대 압력으로 완전히 압축되고, 제3 유체 챔버(11)가 최대 팽창되어 있는 스텝 II(X-Y)에 대응하는 충전된 구성의 어큐뮬레이터(1)를 도시하고 있다.
도 5d에 있어서는, 어큐뮬레이터(1)는 제1 유체 챔버(8)가 부분적으로 방출되고 제3 유체 챔버(11)가 부분적으로 수축되어 있는 스텝 III(Y-Z)에 대응된다.
다음의 실시예들에 있어서는, 상기 실시예들에서의 유사 부품들과 일치하거나 균등한 부품들은 동일한 참조 번호가 주어진다.
도 6a-d는 제1 유체 챔버(8) 내의 어큐뮬레이터 작동 가스가 압축 스프링(50) 형태의 탄성 매체로 대체되어 있는 것을 제외하고는 도 5a-d에 도시된 어큐뮬레이터 실시예(10)와 동일한 어큐뮬레이터(200) 형태의 본 발명의 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 도 5a-d에 각각 도시된 어큐뮬레이터는 도 1-5의 어큐뮬레이터(1)와 동일한 방식으로 작동하고, 도 6a-d의 각각의 도면은 도 5a-d의 각각에 대해 설명된 어큐뮬레이터(1)와 동일한 작동 사이클의 단계에 대응된다. 스프링(50)의 작동은 도 1-5의 제1 유체 챔버(8) 내의 작동 가스와 균등하다. 다시 말해서, 스프링(50)의 압축이 작동 가스의 압축과 균등하다.
도 7은 각각의 제1 및 제2 피스톤면(309, 312)을 구비하는 제1 유체 챔버(308) 및 제2 유체 챔버(310)를 가지고 구성된 어큐뮬레이터(300) 형태의 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 제1 유체 챔버(308)는 제1 피스톤 슬리브(303) 내부에 배치되어 있으며, 제1 피스톤 슬리브(303)는 그 자체가 제2 유체 챔버(310)의 외측 표면을 형성하는 제2 피스톤 슬리브(304) 내부에 동축으로 또한 동심적으로 배치되어 있다. 제2 유체 챔버(310)의 내측 표면은 제1 피스톤 슬리브(303)의 외측 표면에 의해 형성된다. 제1 유체 챔버(308)는 이전의 실시예들과 같이 릴리프 밸브(321)를 통해 어큐뮬레이터 작동 가스로 충전된다. 하지만, 제2 유체 챔버(310)가 피스톤을 나누기 위한 중간 칸막이를 관통하는 커넥터를 통해 제1 유체 챔버(308)에 결합되는 대신에, 제1 유체 챔버(308)가 제2 유체 챔버(310) 내에 배치된다. 제1 및 제2 피스톤면(309, 312)은 공통 제1 피스톤(305)의 동일 측에 배치된다. 제1 피스톤(305)의 반대 측은 유압 유체 출구를 구비한 제3 유체 챔버(311)의 일부분을 형성하는 제3 피스톤면(313)을 제공한다.
제1 및 제2 유체 챔버(308, 310)는 서로간의 유체 전달을 방지하기 위해 제1 피스톤면(309)에 부착된 제1 피스톤 슬리브(303)에 의해 서로로부터 밀봉되어 있다. 제1 피스톤(305)이 제2 피스톤 슬리브(304) 내에서 이동할 때, 제1 피스톤 슬리브(303)는 제1 및 제2 유체 챔버(308, 310) 사이의 유체/기체 분리를 유지시키기 위해 엔드플레이트(316) 내의 환형 리세스(324) 내로 슬라이딩한다. 모든 다른 작동상의 및 기능상의 측면에 있어서는, 어큐뮬레이터(300)는 도 1-5에 도시된 실시예들의 어큐뮬레이터(1)와 동일하거나 균등하다.
도 8은 제1 피스톤 슬리브(403) 내부에 제1 피스톤(405)을 가지고 구성된 어큐뮬레이터(400) 형태의 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 어큐뮬레이터 작동 가스 대신에, 어큐뮬레이터(400)는 탄성 매체 형태의 에너지 저장 매체를 포함하고 있다. 탄성 매체는 여러 가지 형태를 취할 수 있겠지만, 도 8에 도시된 실시예는 고정된 엔드플레이트(416) 및 제1 피스톤(405) 상의 스프링 마운팅(409) 형태로 제공된 제1 피스톤면에 의해 한정되는 유체 챔버(410) 내의 제1 피스톤 슬리브(403) 내부에 배치된 스프링(450) 형태의 탄성 매체를 편입하고 있다. 원동기(도시 안됨)로부터의 유압 유체는 또한 입구(422)를 통해 동일한 유체 챔버(410) 내로 펌핑될 수 있다. 따라서, 스프링(450) 및 '제2' 유체 챔버(410)가 각각 도 1-5에 도시된 실시예들에 있어서의 분리된 물리적 제1 및 제2 유체 챔버(8 10)의 기능상의 균등부로서 작동한다는 것을 알 수 있다. 스프링(450) 및 유체 챔버(410)는 모두 이 실시예에서 제1 피스톤 슬리브(403), 고정된 엔드플레이트(416) 및 제1 피스톤면(409)에 의해 한정되는 동일한 물리적 챔버(410)에 의해 형성된다. 제3 유체 챔버(411)(제3 피스톤면(413), 유체 출구(423) 및 엔드플레이트(417)를 구비함)는 도 1-5의 이전의 실시예들에 있어서의 제3 유체 챔버(11)과 직접적으로 균등하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 동력식 드롭 해머, 콤팩터 피더(compactor feeder), 제재소(sawmill), 우드 스플리터(wood splitter), 다짐 장비, 플라스틱 몰딩 장비, 농업용 건초 포장기, 콘크리트 파쇄기, 굴삭기 및 크레인의 선회 기구를 포함하는 사이클식 및/또는 왕복식 기계 장치를 편입한 다양한 형태 및 적용처에서 실시가능하다는 것을 알 수 있다.
도 9는 전술한 바와 같은 어큐뮬레이터(1)를 구비하고 있는 콤팩터(500) 형태의 본 발명의 또 다른 예시의 실시예를 도시하고 있다. 콤팩터(500)는 유압 유체를 원동기(26)로부터 고압으로 유압 논리 제어부(552)를 통해 콤팩터 램(550) 내의 구동 피스톤(553)으로 공급하는 고압 입력부(551)를 포함하고 있다. 도 9는 예를 들면 폐기물, 매립물, 차량 등과 같은 임의 재료를 내부에서 압밀하기 위해 압밀 하우징(554) 내로 구동되는 램(550)을 도시하고 있다. 콤팩터 램(550)은 압밀 하우징(554) 내에서 재료를 파쇄시키는 것을 도와주기 위한 램(550)의 확장 시에 어큐뮬레이터(1)로부터 추가적인 유압 유체 유동을 수용한다. 램(550)의 복귀 행정 시에는, 동력이 거의 필요하지 않으며, 그에 따라 미사용 동력 용량이 전술한 바와 같이 다음번 압밀 스텝 시에 방출될 때까지 어큐뮬레이터(1) 내에 저장될 수 있다.
도 1-9에 예시된 실시예들은 상징적인 것으로 반드시 비례척일 필요는 없다는 것을 이해해야 한다. 도 10은 제1 및 제2 피스톤 슬리브(3, 4)가 상이한 직경으로 되어 있는 어큐뮬레이터(1)의 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 그 결과, 이는 제2 및 제3 피스톤면(12, 13)과 비교하여 상이한 제1 피스톤면(9)의 표면적을 발생시킨다. 피스톤면 표면적에 있어서의 이러한 차이는 가스 측(제1 유체 챔버(8)) 및 오일 측(제2 및 제3 유체 챔버(10, 11))의 상이한 성능 특성들의 균형을 잡기 위해 바람직하다. 제1 유체 챔버(8) 내의 어큐뮬레이터 작동 가스는 시간 경과에 따른 가스 누출을 감소시키기 위해 실현가능한 최소 압력(예를 들면, 70 바(bar))으로 유지되는 것이 바람직하다. 하지만, 유압 '오일 측'은 보다 더 높은 압력, 예를 들면 4배 더 높은 압력(280 바)으로 작동하는 것이 이상적이다. 도 10은 제2 및 제3 피스톤면(12, 13)의 4배의 표면적을 가진 제1 피스톤면(9)을 도시하고 있으며, 그에 따라 이상적인 가스/오일 측 압력비를 제공한다. 어큐뮬레이터 가스 측/오일 측 구성은 다음 중의 적어도 하나를 변경시킴으로써 조절될 수 있다.
- 가스 측 파라미터들로서:
Figure pct00048
제1 피스톤면(9)의 면적;
Figure pct00049
제1 피스톤(5) 행정 길이;
제1 유체 챔버(8) 내의 작동 가스 압력;
Figure pct00051
스프링(50)의 체적;
으로 이루어지는 가스 측 파라미터들,
및/또는
- 오일 측 파라미터들로서:
Figure pct00052
제2 피스톤면(12)의 면적;
Figure pct00053
제3 피스톤면(13)의 면적;
Figure pct00054
제2 피스톤(6) 행정 길이;
로 이루어지는 오일 측 파라미터들.
아래의 표 1은 상이한 시스템 요건들에 따른 어큐뮬레이터(1) 실행 시의 상술한 파라미터들의 변경의 효과를 예시한다.
표 1
Figure pct00055
따라서, 어큐뮬레이터가 광범위한 상이한 시스템 요건들을 수용하도록 구성될 수 있다는 것을 알 수 있다. 전술한 전형적인 원동기는 예를 들면 대형 굴삭기로부터의 고유량/저압력 또는 소형 굴삭기로부터의 저유량/고압력과 같은 특별한 특성들을 나타낸다. 그와 같은 특성들은 근본적으로 개별 굴삭기의 특정 구성에 대해 고유한 것으로 변경될 수 없겠지만, 어큐뮬레이터는 원동기의 특성들에 적합화되도록 용이하게 구성될 수 있다. 따라서, 오퍼레이터는 새로운 원동기를 구입하는 높은 비용을 발생시키거나 부조화된 특성들을 사용하는 작동상의 비효율을 발생시키는 대신, 원동기에 조화되도록(표 1에 예시된 바와 같이) 어큐뮬레이터를 저렴하게 최적화시킬 수 있다.
도 11은 제1 피스톤 슬리브(603) 내의 제1 피스톤(605) 및 제2 피스톤 슬리브(604) 내의 제2 피스톤(606)을 가지고 구성된 어큐뮬레이터(600) 형태의 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 제1 및 제2 피스톤 슬리브(603, 604)는 도 1-10의 실시예들과 같이 서로 강성으로 연결되지 않는 대신, 각각 동일하지 않은 위치(617, 618)에서 레버(616)에 피벗식으로 연결된 제1 및 제2 커넥팅 로드(614, 615)(각각 제1 및 제2 피스톤(605, 606)에 부착됨) 형태의 커넥터 링크 장치(607)를 통해 서로 연결된다. 레버(616)는 그 자체가 커넥팅 로드 피벗 연결부(617, 618)로부터 각각 거리(XX, YY)만큼 이격되어 있는 지렛목(619)을 중심으로 피벗운동한다. XX 및 YY의 상대 길이를 변경시킴으로써, 제1 및 제2 피스톤(605, 606) 사이의 동력비가 상응하여 변경될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 도 11a는 제2 피스톤(606)에 더 가깝게 위치된 지렛목(619)(다시 말해서, XX>YY)을 도시하고 있는 한편, 도 11b는 지렛목(619)이 제1 피스톤(605)에 더 가깝게 위치된(다시 말해서, XX<YY) 반대 배열을 도시하고 있다. 도 11a에 도시된 구성은 '오일 측', 다시 말해서 제2 피스톤 슬리브/제2 피스톤(604, 606) 어셈블리로부터 매우 높은 압력이면서도 낮은 유량을 회수하는 것이 바람직한 상황에 적합할 것이다. 반대로, 도 11b는 오일 측으로부터 높은 유량이면서도 낮은 상대 압력을 회수하는 것이 바람직하고, 그에 따라 지렛목이 제1 피스톤 슬리브/제1 피스톤(603, 605) 어셈블리에 더 가깝게 위치되는 상황을 도시하고 있다. 수많은 대안적인 커넥터 링크 장치 배열이 사용될 수 있고, 그리하여 본 발명의 범위에 속하게 된다는 것을 당업자는 쉽게 이해할 것이다.
본 발명의 실시형태들은 단지 예시의 방식으로 설명되었으며, 변경 및 부가가 그 범위로부터 벗어남이 없이 그것들에 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (37)

  1. 어큐뮬레이터로서,
    - 에너지 저장 매체를 가역적으로 압축하도록 구성된 이동가능한 제1 피스톤면을 가진 에너지 저장 장치를 포함하고 있고;
    - 대응하는 제2 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성하는 이동가능한 제2 피스톤면을 포함하고 있고, 대응하는 제2 유체 챔버는 상기 제2 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능하고;
    - 대응하는 제3 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성하는 이동가능한 제3 피스톤면을 포함하고 있고, 대응하는 제3 유체 챔버는 상기 제3 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능하고;
    상기 제1 피스톤면, 제2 피스톤면 및 제3 피스톤면은 함께 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  2. 제1항에 있어서, 제2 유체 챔버 및 제3 유체 챔버는 공통 피스톤 슬리브 내에 배치되어 있으며 상기 제2 피스톤면 및 제3 피스톤면을 가진 제2 피스톤에 의해 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 피스톤면이
    - 협력하는 실린더 슬리브 내에서 미끄럼이동하도록 구성된 피스톤의 이동가능한 밀봉면; 및/또는
    - 탄성 매체를 제2 유체 챔버 및/또는 제3 유체 챔버에 연결시키는 장착부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 저장 장치가
    - 제1 유체 챔버의 내측 표면의 적어도 일부분을 형성하는 상기 이동가능한 제1 피스톤면에 의해 가역적으로 팽창가능한 제1 유체 챔버; 또는
    - 탄성 매체로서, 상기 탄성 매체에 대한 에너지의 입력 또는 방출시에 상기 탄성 매체에 결합된 상기 제1 피스톤면을 이동시킬 수 있는, 탄성 매체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 탄성 매체는 적어도 하나의 스프링, 엘라스토머 물질, 또는 압축 입력부로부터 에너지를 저장하고 방출할 수 있는 임의의 다른 탄성 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  6. 제4항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유체 챔버, 제2 유체 챔버 및 제3 유체 챔버는, 상기 제1 유체 챔버와 제3 유체 챔버는 상반적으로 작동하고 상기 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버는 동조적으로 작동하도록 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 챔버들이,
    - 제1 유체 챔버의 팽창이 제2 유체 챔버의 팽창과 제3 유체 챔버의 수축을발생시키도록; 및/또는
    - 제1 유체 챔버의 수축이 제2 유체 챔버의 수축과 제3 유체 챔버의 팽창을 발생시키도록; 및/또는
    - 제3 유체 챔버의 팽창이 제1 유체 챔버 및 제2 유체 챔버의 수축을 발생시키도록; 및/또는
    - 제2 유체 챔버의 팽창이 제3 유체 챔버의 수축과 제1 유체 챔버의 팽창을 발생시키도록;
    결합되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 피스톤면, 제2 피스톤면 및 제3 피스톤면이
    - 상기 제3 피스톤면의 이동에 의한 상기 제3 유체 챔버의 팽창이, 상기 제2 피스톤면과 제1 피스톤면 각각의 이동에 의한, 상기 제2 유체 챔버의 수축과 상기 제1 유체 챔버의 수축을 초래하도록, 그리고
    - 상기 제1 피스톤면의 이동에 의한 상기 제1 유체 챔버의 팽창이, 상기 제2 피스톤면과 제3 피스톤면 각각의 이동에 의한, 상기 제2 유체 챔버의 팽창과 상기 제3 유체 챔버의 수축을 초래하도록,
    결합되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유체 챔버는, 어큐뮬레이터 작동 가스의 입력을 허용하기 위해, 밀봉가능한 유체 입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 피스톤면과 제2 피스톤면은 공통 이동을 위해 함께 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  11. 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유체 챔버가 상기 제2 유체 챔버 내에 배치되어 있거나 반대로 상기 제2 유체 챔버가 상기 제1 유체 챔버 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  12. 제4항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버는, 유체가 상기 제1 유체 챔버와 상기 제2 유체 챔버의 사이로 이동하는 것을 방지하기 위해서 서로로부터 상호간에 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  13. 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버는 중심이 같은 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  14. 제4항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유체 챔버와 제2 유체 챔버는
    - 대체로 동축인 것; 또는
    - 제1 피스톤면과 제2 피스톤면의 상기 공통 이동의 방향과 대체로 평행하게 정렬된 평행한 중심 축을 가지고 있는 것;
    을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  15. 제4항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 저장 매체가 탄성 매체로서, 상기 탄성 매체에 대한 에너지의 입력 또는 방출시에 상기 탄성 매체에 결합된 상기 제1 피스톤면을 이동시킬 수 있는, 탄성 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  16. 제4항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 매체가 상기 제2 유체 챔버 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  17. 제4항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 피스톤 슬리브와 제2 피스톤 슬리브 내에 배치된 양단형 피스톤 어셈블리를 가진 상태로 형성되어 있고,
    - 상기 제1 피스톤과 제2 피스톤은, 상기 제1 유체 챔버와 제3 유체 챔버를 각각 형성하기 위해, 상기 제1 피스톤 슬리브와 제2 피스톤 슬리브 내에서 각각 이동가능하고;
    - 상기 제1 피스톤과 제2 피스톤은, 상기 제1 피스톤면과 제3 피스톤면을 각각 형성하는, 상기 제1 챔버와 제3 챔버 내에 피스톤면을 가지고 있고;
    - 상기 제1 피스톤과 제2 피스톤은 커넥터에 의해 함께 결합되어 있으며 제1 피스톤의 제1 피스톤면의 이동에 의한 제1 유체 챔버의 팽창 또는 수축이 제2 피스톤의 상기 제3 피스톤면의 이동에 의한 제3 유체 챔버의 상반된 수축 또는 팽창을 초래하도록 구성되어 있고;
    - 적어도 하나의 중간 칸막이가 상기 제1 피스톤 슬리브와 제2 피스톤 슬리브를 분리시키고, 상기 제1 피스톤과 제2 피스톤은 상기 제1 피스톤 슬리브와 제2 피스톤 슬리브 내에 각각 배치되어 있으며 상기 중간 칸막이는 상기 커넥터가 중간 칸막이를 가역적으로 이동가능하게 통과할 수 있게 해 주고;
    - 상기 제2 유체 챔버는
    o 상기 중간 칸막이,
    o 상기 제2 피스톤 슬리브의 내측 표면의 일부분, 그리고
    o 상기 제3 피스톤면의 반대쪽에서 상기 제2 피스톤에 형성된 상기 제2 피스톤면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  18. 제17항에 있어서,
    - 상기 제1 피스톤의 상기 제1 피스톤면과 반대쪽에 배치된 이동가능한 제4 피스톤면과
    o 상기 제1 피스톤 슬리브에 걸쳐 있는 상기 중간 칸막이면; 또는
    o 제1 유체 챔버 내의 압력을 모니터링하는 압력 센서
    의 사이에서 제1 피스톤 슬리브 내에 형성된 제4 유체 챔버에 통합된 신호 포트
    를 포함하는 신호전달 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 커넥터를 제1 피스톤과 제2 피스톤의 사이로 통과시키기 위해 통로가 중간 칸막이에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 피스톤 슬리브와 제2 피스톤 슬리브는 길이방향으로 동축이 되도록 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  21. 제17항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 피스톤과 제2 피스톤은 피벗식 링크장치 구성을 통하여 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 유압 유체가 동시에 또는 독립적으로,
    - 상기 제3 유체 챔버로의 입력과 제2 유체 챔버로부터의 출력, 및/또는
    - 상기 제2 유체 챔버로의 입력과 제3 유체 챔버로부터의 출력
    이 될 수 있게 구성된 유체 도관, 밸브 및/또는 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 어큐뮬레이터.
  23. - 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항의 어큐뮬레이터;
    - 왕복운동하는 구성요소;
    - 상기 왕복운동하는 구성요소를 왕복운동으로 및/또는 주기적으로 이동시킬 수 있으며, 유압 구동 모터를 포함하는 구동 기구;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    - 원동기로부터
    o 구동 모터;
    o 어큐뮬레이터 제2 유체 챔버;
    o 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버;
    로의 압력 라인,
    - 배출 라인 입력부로서,
    o 구동 모터;
    o 어큐뮬레이터 제2 유체 챔버;
    로부터 원동기로의 배출 라인 입력부,
    - 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버로부터
    o 구동 모터;
    로의 압력 라인,
    중의 적어도 하나를 포함하는 복수의 유압 라인을 가진 유압 유체 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 유압 라인은
    - 원동기로부터
    o 구동 모터;
    o 어큐뮬레이터 제2 유체 챔버;
    o 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버;
    로의 압력 라인,
    - 배출 라인 입력부으로서,
    o 구동 모터;
    o 어큐뮬레이터 제2 유체 챔버;
    로부터 원동기로의 배출 라인 입력부,
    - 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버로부터
    o 구동 모터;
    로의 압력 라인,
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 왕복운동하는 구성요소의 왕복운동은, 상기 장치의 작동 동안 상기 왕복운동하는 구성요소가 선형적인 경로, 비-선형적인 경로, 중단된 경로, 궤도 경로 및 불규칙적인 경로 그리고 이들의 임의의 조합형태의 경로를 포함하는, 경로를 따라서 반복적으로 이동하는 상기 장치의 작동 사이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 장치는, 공급장치; 제재용 기계; 목재 분쇄기; 압밀 장비; 플라스틱 성형 장비; 농업용 건초 포장기; 콘크리트 파쇄기; 굴삭기; 크레인, 기계식 충격 해머, 중력 드롭 해머, 동력 드롭 해머, 잭 해머, 임팩터, 암석 파쇄기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 동력 드롭 해머로서,
    - 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항의 어큐뮬레이터;
    - 적어도 하나의 구동-결합 표면을 가진 해머 웨이트;
    - 상기 해머 웨이트의 구동-결합 표면 중의 어느 하나와 결합되도록 구성된 구동 돌출부; 그리고
    - 상기 구동 돌출부를 두 개의 대향하는 방향으로 왕복운동으로 이동시킬 수 있는 구동 기구;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 드롭 해머.
  29. 제28항에 있어서, 상기 구동 기구는 적어도 두 개의 회전 부재 둘레로 구동되는 엔드리스 루프 또는 램 드라이브인 것을 특징으로 하는 동력 드롭 해머.
  30. 제28항 또는 제29항에 있어서, 상기 구동 기구에 동력을 공급하는 소스 파워를 제공하는 원동기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 드롭 해머.
  31. 제30항에 있어서, 적어도 하나의 상기 구동 돌출부는 두 개의 회전 부재 둘레를 지나는 회전하는 엔드리스 루프로 형성된 상기 구동 기구에 부착되어 있고, 적어도 하나의 상기 회전 부재는, 고압 유압 유체 유동을 구동 기구의 구동 모터로 제공하는, 원동기에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 동력 드롭 해머.
  32. 제28항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구동 기구가, 상기 구동 기구를 작동시키기 위해 가압된 유압 유체 유동을 물리적인 운동으로 전환시키는 유압 구동 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 드롭 해머.
  33. 제32항에 있어서,
    - 원동기로부터
    o 구동 모터;
    o 어큐뮬레이터 제2 유체 챔버;
    o 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버;
    로의 압력 라인,
    - 배출 라인 입력부로서,
    o 구동 모터;
    o 어큐뮬레이터 제2 유체 챔버;
    로부터 원동기로의 배출 라인 입력부,
    - 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버로부터
    o 구동 모터;
    로의 압력 라인,
    중의 적어도 하나를 가진 유압 유체 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 드롭 해머.
  34. 제23항에 있어서, 상기 유압 라인은
    - 원동기로부터
    o 구동 모터;
    o 어큐뮬레이터 제2 유체 챔버;
    o 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버;
    로의 압력 라인,
    - 배출 라인 입력부으로서,
    o 구동 모터;
    o 어큐뮬레이터 제2 유체 챔버;
    로부터 원동기로의 배출 라인 입력부,
    - 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버로부터
    o 구동 모터;
    로의 압력 라인,
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 동력 드롭 해머.
  35. 제28항 내지 제34항 중 어느 한 항의 동력 드롭 해머를 작동시키는 방법으로서,
    상기 구동 기구는 상행 행정 단계, 상행 행정 전환 단계, 하행 행정 단계 및 하행 행정 전환 단계를 포함하는 사이클 내내 주기적으로 작동가능하고,
    - 상기 상행 행정 단계 동안에, 구동 돌출부는 상기 구동-결합 표면과 결합되어 해머 웨이트를 상방으로 들어올리고;
    - 상기 상행 행정 전환 단계 동안에, 해머 웨이트가 상행 행정의 최대 범위에 도달하여 해머 웨이트가 중력의 힘을 받아 하방으로 이동하기 시작할 때 해머 웨이트는 구동 돌출부로부터 분리되고;
    - 상기 하행 행정 단계 동안에, 해머 웨이트가 하방으로 이동할 때 구동 돌출부는 다른 상기 구동-결합 표면을 통하여 해머 웨이트와 재결합되어, 하방으로 작용하는 중력에 부가적인 추동력을 더하고;
    - 상기 하행 행정 전환 단계 동안에, 해머 웨이트가 충격면에 부딪치도록 구동 돌출부는 구동-결합 표면으로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 동력 드롭 해머를 작동시키는 방법.
  36. 제35항에 있어서, 상기 어큐뮬레이터는 상기 상행 행정 단계 및 상기 하행 행정 단계와 각각 동시에 수행되는 충전 행정 단계 및 동력 행정 단계 내내 주기적으로 작동가능하고,
    - 상기 상행 행정 및 충전 행정 단계 동안에;
    o 어큐뮬레이터는 원동기로부터 어큐뮬레이터 제3 유체 챔버로의 고압 유체 유동에 의해 채워지고, 그리고
    o 원동기로부터의 고압 유동에 의한 구동 모터의 작동에 의해 해머 웨이트가 들어올려지고,
    - 상기 상행 행정 전환 단계 동안에;
    o 해머 웨이트는 상방 이동 한계에 도달하고 구동 기구는 상방 이동을 멈추거나 해머 웨이트로부터 분리되고,
    - 상기 하행 행정 및 동력 행정 단계 동안에;
    o 가압된 어큐뮬레이터 작동 가스가 상기 제1 피스톤면을 이동시켜서 제1 유체 챔버를 팽창시킴에 따라 어큐뮬레이터는 비워지고,
    o 그 결과 상기 제1 유체 챔버에 결합된 제3 유체 챔버는 수축하여, 고압의 유압 유체를 구동 모터로 출력하고,
    o 원동기로부터 나오는 고압 유압 유체가 제2 유체 챔버로 입력되어 제2 피스톤면에 압력을 가하고, 이것에 의해 제2 유체 챔버를 팽창시키고,
    o 제2 유체 챔버가 제1 유체 챔버와 협력하여 팽창함에 따라, 제2 피스톤면에 작용하는 힘과 제1 피스톤면에 작용하는 힘이 제3 유체 챔버로부터 유체를 배출시키고,
    - 상기 하행 행정 전환 단계 동안에;
    o 해머 웨이트는 하방 이동 한계에 도달하고 구동 기구는 하방 이동을 멈추거나 해머 웨이트로부터 분리되는,
    것을 특징으로 하는 동력 드롭 해머를 작동시키는 방법.
  37. 제35항 또는 제36항에 있어서, 상기 하행 행정 전환 단계 동안에, 구동 모터로부터 나오는 유압 유체는, 원동기 유압 출력이 구동 모터로 인도되기 전에, 일시적으로 제3 유체 챔버로 인도되는 것을 특징으로 하는 동력 드롭 해머를 작동시키는 방법.

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