KR20150008464A

KR20150008464A - 드라이브 샤프트 윤활

Info

Publication number: KR20150008464A
Application number: KR1020147034427A
Authority: KR
Inventors: 보르하 나바스 산체스; 미코 제이; 벤자민 웨스트; 토마스 주리
Original assignee: 델피 인터내셔널 오퍼레이션즈 룩셈부르크 에스.에이 알.엘.
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2015-01-22
Also published as: WO2013167601A1; EP2847461A1; JP2016105023A; US20150093265A1; CN104271946A; EP2662564A1; JP6353473B2; JP2015518933A

Abstract

제1 부품과 적어도 하나의 또 다른 부품 사이의 드라이브를 전달하는 장치 및 방법이 개시된다. 상기 장치는 해당하는 종축을 따라 연장되며 제1 샤프트 영역과 또 다른 샤프트 영역을 포함하는 기다란 샤프트 요소로서, 캠 바디 영역의 해당하는 제1 측부와 또 다른 측부로부터 연장되는 원통형 외부면을 각각 포함하는, 기다란 샤프트 요소를 구비한다. 또한, 상기 장치는 상기 샤프트 요소의 제1 단부 영역으로부터 제1 원통형 영역의 외부면 내의 적어도 하나의 출구 개구로 상기 샤프트 요소 내에서 연장되는 유체 연통 경로를 구비한다.

Description

드라이브 샤프트 윤활{DRIVESHAFT LUBRICATION}

본 발명은 제1 부품과 또 다른 부품 사이의 드라이브를 전달하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 이에 한정되지 않지만, 본 발명은 연료 분사 시스템에서의 고압 연료 공급에 적합한 레이디얼 피스톤 펌프에 이용되는 드라이브 샤프트에 관한 것이다. 드라이브 샤프트는 그 내에서 연장되는 유체 연통 경로를 가짐으로써, 봉입형 하우징 내의 유체 저장기로부터 드라이브 샤프트와 하우징 사이의 계면 영역으로 윤활유가 전달되게 한다.

제1 동력 공급된 부품으로부터 또 다른 부품으로 드라이브를 전달하는데 드라이브 샤프트가 이용되는 각종 상황이 알려져 있다. 이러한 상황 하에서는, 드라이브 샤프트가 회전함에 따라 드라이브 샤프트와 봉입형 하우징 사이의 하나 이상의 계면 영역을 윤활하는데 도움을 주는 것으로 알려져 있다. 이러한 하나의 시나리오는 레이디얼 피스톤 펌프이다. 이와 같은 펌프는 연료 분사 시스템, 특히 커먼레일 분사 시스템에서 종종 요구되는 고압 연료 공급에 적합하며, 이는 드라이브 샤프트를 중심으로 반경방향으로 배치된 복수의 펌프 요소를 갖는다. 드라이브 샤프트의 일단부는 구동되고, 드라이브 샤프트 상의 캠은 드라이브 샤프트와 함께 펌프 하우징 내에 수용되는 펌프 요소 부품을 순차적으로 구동하는데 이용된다.

과거에는, 내부 드릴 및 갤러리가 하우징 내에 기계가공됨으로써, 입구 공급부 또는 다른 유체 저장기/공급원으로부터 회전하는 드라이브 샤프트와 하우징 사이의 영역으로 윤활유가 흐를 수 있어야 했다. 이는 하우징의 제조와 관련된 복잡성 및 비용을 증대시켰고, 하우징 결함을 종종 초래하였다. 추가로, 저널 베어링 시트 영역에서 하우징의 내부면과 드라이브 샤프트의 외부면 사이에 실질적인 간극이 요구됨으로써, 입력 단부로부터 출력 단부로 윤활 유체를 충분히 흐르게 하였다. 이와 같이 요구된 간극은 저널과 드라이브 샤프트 사이에서 전개되는 진동 및 응력을 초래하였다.

추가로, 배출물 법규가 더욱 요구됨에 따라, 많은 제조 상황에서 중량 및 관성 감소가 바람직해지고 있다. 일반적으로, 종래의 공지된 드라이브 샤프트는 펌프 상에 실질적인 양의 질량을 나타내는 중실형 금속으로 제조된다. 이는 비용 및 복잡성와 같은 잘 알려진 문제점을 초래한다.

추가로, 종래에 공지된 드라이브 샤프트는 특정한 요구에 특유한 중실형 금속으로 단조 또는 기계가공되어야 하는 커플링 계면을 갖는다. 필요에 따른 특정한 지시 하에서 이와 같은 커플링을 갖는 드라이브 샤프트를 제조하는 것은 드라이브 샤프트를 제공하기에 비효율적이고 비용이 드는 방식인 것으로 입증되었다.

본 발명은 상술한 문제점을 적어도 부분적으로 완화하기 위한 것이다.

본 발명의 특정 실시예의 목적은, 제1 부품과 또 다른 부품 사이에 드라이브를 전달하는 장치를 제공하는 것으로서, 드라이브 샤프트를 따라 그리고 그 내로 유체 연통 경로가 연장되며, 그 유체 연통 경로는 윤활유가 요구되는 드라이브 샤프트에 제공된다면, 하나 이상의 출구 개구를 드라이브 샤프트가 위치되는 하우징의 윤활유 저장기에 연결한다.

본 발명의 특정 실시예의 목적은, 지지 하우징 내에 제공된 오목형 경로 또는 큰 간극 공간에 대한 필요성 없이 드라이브 샤프트가 윤활 유체를 소정 위치에 전달하는 내측 유체 연통 경로를 갖는 고압 유체 공급용 레이디얼 피스톤 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 특정 실시예의 목적은, 레이디얼 피스톤 펌프의 캠 박스 하우징과 드라이브 샤프트 사이의 영역을 윤활하는 방법을 제공하는 것으로서, 하나 이상의 소정 위치에서 윤활 유체를 전달하기 위한 하나 이상의 유체 연통 경로가 드라이브 샤프트 내부에 제공된다.

본 발명의 특정 실시예의 목적은, 내부 캠을 구비하거나 또는 또 다른 캠 요소가 마찬가지로 연결될 수 있는 샤프트에 커플링 계면 부재가 선택적으로 연결될 수 있는 복합재 드라이브 샤프트를 제공하는 것이다.

본 발명의 특정 실시예의 목적은, 캠 박스가 종래에 공지된 캠 박스보다 작을 수 있고, 베어링과 드라이브 샤프트 사이의 간극이 최소화되는 한편, 저널 상의 소정량의 윤활 흐름을 보장할 수 있는 펌프용 캠 박스를 제공하는 것이다.

본 발명의 특정 실시예의 목적은, 시기 적절하고 비용 효율적인 방식으로 제조될 수 있는 드라이브 샤프트를 중심으로 반경방향으로 배치된 복수의 펌프 요소를 구비한 커먼레일 연료 분사 시스템을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명의 제1 관점에 의하면, 제1 부품과 적어도 하나의 또 다른 부품 사이의 드라이브를 전달하는 장치로서,

해당하는 종축을 따라 연장되며 제1 샤프트 영역과 또 다른 샤프트 영역을 포함하는 기다란 샤프트 요소로서, 캠 바디 영역의 해당하는 제1 측부와 또 다른 측부로부터 연장되는 원통형 외부면을 각각 포함하는, 기다란 샤프트 요소; 및

상기 샤프트 요소의 제1 단부 영역으로부터 제1 원통형 영역의 외부면 내의 적어도 하나의 출구 개구로 상기 샤프트 요소 내에서 연장되는 유체 연통 경로

를 포함하는, 장치가 제공된다.

바람직하게, 상기 기다란 샤프트 요소는 중공형 바디이고, 상기 샤프트 요소의 내부 영역은 상기 유체 연통 경로를 포함하며, 상기 출구 개구는 상기 바디 내에 개구를 포함한다.

바람직하게, 상기 샤프트 요소는 하이드로포밍된 부재(hydroformed member)이고, 상기 제1 샤프트 영역과 또 다른 샤프트 영역 및 상기 캠 바디 영역은 일체 형성된다.

바람직하게, 상기 제1 샤프트 영역과 또 다른 샤프트 요소 각각은, 해당하는 베어링 저널면을 포함하는 해당하는 원통형 외부면을 포함한다.

바람직하게, 상기 장치는 상기 캠 바디 영역의 외부면에 고정된 캠 라이더 부재(cam rider member)를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 제1 샤프트 영역과 또 다른 샤프트 요소는 하이드로포밍되고 일체 형성된 샤프트 부재의 영역을 포함하고, 상기 캠 바디 영역은 상기 샤프트 부재에 고정된 캠 요소를 포함한다.

바람직하게, 상기 샤프트 부재의 제1 샤프트 영역은 상기 또 다른 샤프트 영역의 외경보다 큰 외경을 갖는다.

바람직하게, 상기 샤프트 부재는 상기 제1 샤프트 영역과 상기 또 다른 샤프트 영역 사이의 제3 샤프트 영역을 더 포함하며, 상기 제3 샤프트 영역은 상기 제1 샤프트 영역의 외경보다 작고 상기 또 다른 샤프트 영역의 외경보다 큰 외경을 갖는다.

바람직하게, 상기 캠 요소는 상기 샤프트 부재의 제3 샤프트 영역 위에서 상기 샤프트 부재에 고정된다.

바람직하게, 상기 장치는 상기 샤프트 부재의 상기 또 다른 샤프트 영역에 위치되어 고정가능한 링 부재를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 장치는 상기 제1 샤프트 영역의 외부면을 더 포함하고, 상기 링 부재의 외부면은 해당하는 베어링 저널면을 포함한다.

바람직하게, 상기 기다란 샤프트 요소는 상기 제1 단부 영역으로부터 상기 바디 내로 종방향으로 연장되는 적어도 하나의 축방향으로 연장되는 통로부와, 상기 축방향으로 연장되는 통로부로부터 상기 출구 개구로 반경방향 외측으로 연장되는 또 다른 통로부를 포함하는 기계가공된 중실형 바디를 포함한다.

바람직하게, 상기 장치는 상기 샤프트 요소의 나머지 단부 영역에 고정되는 커플링 계면 부재를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 커플링 계면 부재는 기계가공된 중실형 요소를 포함한다.

본 발명의 제2 관점에 의하면, 전술한 장치를 포함하는 고압 펌프용 드라이브 샤프트가 제공된다.

본 발명의 제3 관점에 의하면, 고압 유체 공급용 레이디얼 피스톤 펌프로서,

적어도 하나의 펌프 개구, 제1 베어링 저널 시트 영역 및 제2 베어링 저널 시트 영역을 포함하는 캠 박스 하우징;

각각의 해당하는 펌프 개구 내에 배치되는 적어도 하나의 펌프 요소; 및

캠 바디 영역의 해당하는 제1 측부와 또 다른 측부로부터 연장되는 제1 베어링 저널면과 또 다른 베어링 저널면을 포함하는 기다란 드라이브 샤프트로서, 상기 제1 베어링 저널면과 또 다른 베어링 저널면은 해당하는 하우징 시트 영역 내에 배치되는, 기다란 드라이브 샤프트

를 포함하며,

상기 드라이브 샤프트는 제1 단부 영역으로부터 상기 제1 베어링 저널면 내의 적어도 하나의 출구 개구로 샤프트 영역 내에서 연장되는 유체 연통 경로를 포함하는, 레이디얼 피스톤 펌프가 제공된다.

바람직하게, 상기 기다란 드라이브 샤프트는 중공형 바디이고, 상기 드라이브 샤프트의 내부 영역은 상기 유체 연통 경로를 포함하며, 상기 출구 개구는 상기 바디 내에 개구를 포함한다.

바람직하게, 상기 기다란 드라이브 샤프트는 상기 바디 내로 종방향으로 연장되는 적어도 하나의 축방향으로 연장되는 통로부와, 상기 축방향으로 연장되는 통로부로부터 상기 출구 개구로 반경방향 외측으로 연장되는 또 다른 통로부를 포함하는 기계가공된 중실형 바디를 포함한다.

본 발명의 제4 관점에 의하면, 레이디얼 피스톤 펌프의 드라이브 샤프트와 캠 박스 하우징 사이의 영역을 윤활하는 방법으로서,

레이디얼 피스톤 펌프의 드라이브 샤프트가 하우징 내에서 회전함에 따라, 샤프트 요소의 저장기 단부로부터 개구로 상기 샤프트 요소 내에서 연장되는 유체 연통 경로를 거쳐 상기 하우징의 저장기 영역으로부터 상기 드라이브 샤프트의 저널 베어링 영역 내의 상기 개구로 윤활 유체를 전달하는 단계

를 포함하는, 방법이 제공된다.

바람직하게, 상기 방법은 중공형 바디를 포함하는 드라이브 샤프트를 거쳐 상기 개구에 연료를 포함하는 윤활 유체를 전달하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 방법은 상기 샤프트 요소의 제1 저장기 단부로부터 상기 바디 내로 종방향으로 연장되는 적어도 하나의 축방향으로 연장되는 통로부와, 상기 축방향으로 연장되는 통로부로부터 상기 출구 개구로 반경방향 외측으로 연장되는 또 다른 통로부를 포함하는 기계가공된 중실형 바디를 포함하는 드라이브 샤프트를 거쳐 상기 개구에 연료를 포함하는 윤활 유체를 전달하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 장치의 샤프트 요소는 약 500 내지 800 Hv의 경도를 제공하는 재료로부터 하이드로포밍된다.

바람직하게, 상기 경도는 약 650 Hv이다.

바람직하게, 캠 라이더 부재가 캠 바디의 외부면에 고정될 때, 상기 캠 라이더 부재는 약 700 내지 800 Hv의 경도를 갖는 캠 외부면을 제공한다.

바람직하게, 상기 경도는 약 750 Hv이다.

바람직하게, 각각의 베어링 저널면은 약 500 내지 800 Hv의 경도를 갖는다.

바람직하게, 상기 경도는 약 650 Hv이다.

바람직하게, 상기 장치의 캠 요소의 외부면은 약 700 내지 800 Hv의 경도를 갖는다.

바람직하게, 상기 경도는 약 750 Hv이다.

바람직하게, 상기 장치의 커플링 계면 부재는 테이퍼진 외부면 영역을 포함한다.

바람직하게, 상기 장치의 커플링 계면 부재는 드라이브 탱(drive tang)이다.

바람직하게, 상기 장치의 커플링 계면 부재는 약 500 내지 800 Hv의 경도를 갖는 중실형 재료로부터 기계가공된다.

바람직하게, 상기 경도는 약 650 Hv이다.

본 발명의 제5 관점에 의하면, 제1 부품과 적어도 하나의 또 다른 부품 사이의 드라이브를 전달하는 장치로서,

해당하는 종축을 따라 연장되며, 캠 바디 영역의 해당하는 제1 측부와 또 다른 측부로부터 연장되는 제1 원통형 영역과 또 다른 원통형 영역을 포함하는 기다란 샤프트 요소; 및

상기 샤프트 요소의 해당하는 단부에 각각 고정된 적어도 하나의 커플링 계면 부재

를 포함하는, 장치가 제공된다.

본 발명의 특정 실시예는, 드라이브 샤프트와 지지 하우징 사이의 윤활유를 공급하기 위한 유체 연통 경로가 드라이브 샤프트 내부에 제공되는 이점을 제공한다. 그 결과, 드라이브 샤프트 내의 하나 이상의 개구를 통해 윤활유가 요구되는 정확한 위치에 전달될 수 있다. 또한, 봉입형 하우징 내의 오목형 드릴 및 갤러리가 필요하지 않아 불필요한 제조 비용을 회피한다. 또한, 드라이브 샤프트가 회전하는 하우징의 내부면과 드라이브 샤프트의 외부면 사이의 간극이 종래의 공지된 시스템에 비해 훨씬 감소될 수 있다. 이는 사용시에 달리 발전할 수 있는 진동 및 응력을 감소시키는데 도움을 준다.

본 발명의 특정 실시예는, 커플링 계면 및/또는 베어링 저널 및/또는 캠 요소 등의 드라이브 샤프트의 부품이 벌크 기준으로 별개로 제조될 수 있는 다음, 선택된 부품을 내장하는 복합재 드라이브 샤프트가 고객의 특정 요건에 따라 함께 놓일 수 있는 복합재 드라이브 샤프트를 제공한다. 상기 커플링 계면, 샤프트 및 캠은 독립적으로 제조되어 저장될 수 있다. 이는 최종 드라이브 샤프트의 제조 및 생산 비용을 감소시키는데 도움을 주고, 또한 최종 고객에 대한 보다 폭넓은 재료 특성을 제공한다.

본 발명의 특정 실시예는 하이드로포밍 공정을 통해 제조될 수 있는 타입의 중공형 드라이브 샤프트 요소가 펌프에 이용될 수 있는 이점을 제공한다. 중공형 드라이브 샤프트를 이용하면, 비교적 큰 유체 연통 경로가 윤활 유체 흐름을 위해 유용하게 제조되게 함으로써, 드라이브 샤프트를 최적의 방식으로 내부에서 냉각한다. 또한, 하이드로포밍 공정을 통해 제조된 중공형 드라이브 샤프트를 이용하면, 재료 비용뿐만 아니라, 드라이브 샤프트와 관련된 관성 효과 및 중량을 감소시키는 드라이브 샤프트를 생산하는데 이용되는 재료의 질량을 감소시킨다.

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 예로서만 기술한다.

도 1은 고압 펌핑 시스템의 일부를 도시한 도면,
도 2는 하우징 내에 회전가능하게 장착된 드라이브 샤프트를 도시한 도면,
도 3은 드라이브 샤프트를 도시한 도면,
도 4는 드라이브 샤프트를 도시한 도면,
도 5는 도 4에 도시한 드라이브 샤프트에 대한 다른 도면,
도 6은 가능한 커플링 계면의 다른 타입을 도시한 도면,
도 7은 드라이브 샤프트 내의 개구를 도시한 도면.
도면에서 유사한 참조부호는 유사한 부품을 지칭한다.

도 1은 커먼레일 분사 시스템(100)에 대한 개략도이다. 프리-피드 펌프(pre-feed pump)(101)는 입구 라인(104)을 거쳐 탱크(103)로부터 연료(102)를 수용한다. 제어 모듈(106) 내의 프리-필터(105)와 또 다른 필터(미도시) 등의 제1 필터는 프리-피드 펌프(101)에 마련되기 전에 연료를 세척하는데 이용될 수 있다. 프리-피드 펌프(101)로부터의 압축 라인(107)은 고압 연료 펌프(110)에 연료를 공급한다. 고압 연료 펌프(110)는 3개의 펌프 요소를 갖는 레이디얼 피스톤 펌프이다. 본 발명의 실시예는 펌프 또는 도 1에 도시한 시스템에 이용되는 타입의 고압 펌프와 함께 사용되는 것에 제한되지 않는다. 오히려, 본 발명의 특정 실시예는 제1 동력 공급원으로부터 하나 이상의 또 다른 부품으로 드라이브를 전달하는데 드라이브 샤프트 요소가 이용되고, 부품과 드라이브 샤프트 사이의 하나 이상의 계면 영역이 윤활되어야 하는 상황에 폭넓게 적용가능하다.

도 1에 도시한 각각의 펌프 요소는 고압 라인(115)을 공급하고, 그 자체는 커먼레일(120)을 공급한 다음, 연결 라인(125)을 거쳐 하나 이상의 인젝터 요소를 공급한다. 커먼레일 내의 압력은 압력 밸브(130)를 거쳐 조절된다. 또 다른 과압 밸브(further over-pressure valve)(131)는 커먼레일을 리턴 라인(140)에 연결한다. 또한, 누설 라인(141)은 연료가 탱크(103)로 복귀하게 한다.

도 2는 고압 펌프(110)의 세부 절개도를 도시한다. 기다란 샤프트(200)는 해당하는 종축을 따라 연장되고, 화살표(A)로 나타낸 시계방향(또는 반시계방향)으로 그 주위를 회전한다. 샤프트는 일단부(207)에 유체 저장 챔버(206) 및 타단부(209)에 개방 마우스(open mouth)(208)를 갖는 봉입형 하우징(205) 내에 지지된다. 시일(210)은 개방 마우스 주위로 연장되고, 샤프트의 외부면과 하우징 바디 사이에 액밀성 시일을 제공한다.

샤프트는 유체 저장 챔버에 근접한 제1 단부(220)를 갖고, 챔버 내의 유체와 유체 연통하는 샤프트 단부 내의 적어도 하나의 개구(225)를 갖는다. 도 3에 도시한 바와 같이, 단일의 중앙에 위치된 개구는 챔버 내의 유체를 흘리기 위한 개방 마우스를 제공한다. 이러한 개구(225)는 샤프트의 중실형 재료 내에 제조되는 축방향으로 연장되는 보어(230) 및 반경방향으로 연장되는 측면 통로(235)를 거쳐 샤프트의 외부면에서 또 다른 개구(240)에 연결된다. 이에 따라, 하우징 바디 내에 봉입된 샤프트의 단부(220)에 있는 개구(225)는 보어(230)와 측면 통로(235)로 이루어진 유체 연통 경로를 거쳐 출구(240)에 연결된다. 4개의 출구가 도 2에 도시되지만, 1개, 2개 또는 그 이상의 출구 개구가 절절한 위치에 제공되어, 해당하는 반경방향 측면 통로를 거쳐 중앙 보어에 연결될 수도 있다. 물론, 통로의 다른 형상, 사이즈 및 배향이 이용될 수도 있다.

샤프트(200)는 중실형 피스로 제조되며, 하우징 내에 봉입되는 단부(220)로부터 이격된 샤프트의 타단부(209)에 커플링(245)을 구비한다. 또한, 샤프트는, 샤프트가 커플링 단부에서 구동됨에 따라 회전하는 캠 영역을 구비한다. 하우징 바디는 해당하는 고압 펌프(일부만 도시)를 각각 수용하는 펌프 오리피스(2개만 도시)를 구비한다. 드라이브 샤프트가 구동됨에 따라, 해당하는 시트(265) 내의 원통형 저널 베어링 영역(260)에서 하우징 내에서 회전 및 지지된다. 각각의 저널 베어링 영역은 캠의 양측부 상에 연장된다. 캠은 샤프트가 회전함에 따라 회전하고, 하우징(205) 내의 펌프 오리피스(270) 내의 펌프의 태핏 및 스프링(미도시)을 순차적으로 압축한다. 이는 각각의 펌프 내의 펌프 챔버에 적절하게 동력 공급하고, 이후 사용을 위한 적절한 시간에 펌프 챔버 내에 도입되는 연료 압력을 상승시킨다.

유체 저장 챔버로부터의 유체는 회전하는 샤프트와 고정된 하우징 사이의 계면 영역(280)을 윤활하는 윤활유로서 작용한다. 유체는 임의 타입의 윤활유일 수 있지만, 일반적으로 엔진 연료 등이다. 윤활은 마찰력을 냉각 및/또는 낮추고/낮추거나, 먼지를 제거하고/하거나, 대향하는 이동면들 사이의 프레팅(fretting)을 방지한다.

도 2에 도시한 샤프트는 메인 샤프트, 커플링 및 캠을 구비하는 일체 형성된 피스이다. 유체 통로는 샤프트를 형성하는데 이용되는 제조 공정에 따라 드릴링 또는 몰딩 또는 단조된다. 도 3은 샤프트의 일단부(304)에서 커플링(303) 내로 연장되는 원통형 외부면을 제공하는 제1 저널 베어링 영역(302)을 구비하는 메인 샤프트 피스(301)에 의해 복합재 샤프트(300)가 제공되는 변형 실시예를 도시한다. 샤프트 피스는 제1 저널 영역으로부터, 제1 저널 영역보다 작은 반경의 외주를 갖는 단차진 원통형 영역 내로 연장된다. 샤프트는 이러한 단차 영역으로부터 샤프트의 나머지 단부(307)로부터, 보다 작은 반경을 갖는 또 다른 단차 영역(306)으로 연장된다.

캠 바디(311)와 외측 캠 로브(312)에 의해 별개로 형성된 캠(310)이 제공된다. 캠(310)은 단차 영역(305)의 외부면 상에 고정된다. 그 다음, 단차 영역(306) 위에 링(312)이 위치됨으로써, 캠(310)이 샤프트로부터 분리되지 않게 보장하는데 도움을 준다. 링의 외부면(314)은 또 다른 저널 베어링 영역을 샤프트에 제공함으로써, 사용시에 하우징 내에 샤프트를 적절하게 지지하도록 캠의 양측부 상에 하나가 제공된다. 도 3에 도시하지 않지만, 도 2에 도시한 것과 유사한 유체 연통 통로가 도 3에 도시한 샤프트 내에 제공되어, 샤프트의 단부(315) 내의 개구로부터 샤프트의 저널 베어링 영역 내의 적어도 하나의 개구(320)로 안내한다. 링(312)이 이용될 때, 계면 영역에 윤활 유체를 공급하도록 드라이브 샤프트 내의 대응하는 개구와 적어도 몇 가지의 방식으로 정렬하는 개구를 가져야 한다. 변형적으로, 링에 의해 제공된 계면 영역으로의 윤활유는 종래의 다른 방법을 통해 제공될 수 있다. 이에 따라, 도 3에 도시한 샤프트는 캠이 커플링 및 샤프트 자체의 부품과 분리하는 복합재 드라이브 샤프트이다. 이에 따라, 각각의 피스에 대한 제조를 위해 사용되는 재료는 경도, 온도 저항성 및 중량 등과 같은 특정 고객의 변수 요건에 맞춰질 수 있다. 드라이브 샤프트 내로 연장되는 윤활 통로를 갖는 것은, 샤프트를 지지하는 하우징 내의 샤프트 및/또는 걸리(gulleys) 또는 통로와 하우징 사이의 실질적인 간극을 제공하지 않고서, 요구되는 위치에 윤활유가 전달될 수 있음을 의미한다.

도 4는 변형된 복합재 드라이브 샤프트(400)를 도시한다. 이는 커플링 커넥터(415)에 고정되는 중공형 샤프트 바디(410)에 의해 제공된다. 커넥터는 중실형 피스로 제조된다. 또한, 대향된 펌프 요소에 대해 작동됨에 따라 캠을 위해 필요한 경도를 제공하는 재료로 제조되는 캠 로브(420)는 중공형 샤프트 바디에 고정된다. 제1 원통형 표면(421)과 제2 원통형 표면(422)은 캠 로브를 고정하는 캠 바디(430)의 양측부 상에 제공되어, 캠 바디(430)와 일체 형성된다. 제1 및 제2 저널 영역 내의 샤프트의 중공형 바디를 통해 2개의 직경방향으로 대향된 관통 구멍(440)이 제조된다. (물론, 사용시에 윤활유가 요구되는 위치마다 다른 개구가 제공될 수 있다.) 관통 구멍은 샤프트의 중앙 보어(450)를 샤프트의 외부면(421)에 유체식으로 연결한다. 도 5a 및 5b는 샤프트 바디의 특정 부품의 중공형 본질과, 다른 부품이 고정되는 방법을 도시한다.

중공형 샤프트 바디는 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 상기 바디는 하이드로포밍될 수 있다. 캠 로브는 중실형 강 또는 단조된 피스의 강 등으로 기계가공된다. 마찬가지로, 샤프트 템플레이트(shaft template)는 압연-용접된 바아의 강으로부터 얻어지거나, 또는 중실형 피스로부터 기계가공된다. 필요에 따라 성능을 조정하도록 적용에 따라 재료 및 경도 등이 선택된다. 그 다음, 캠은 샤프트 피스의 각각의 단부에 구멍이 제공된 상태로 몰딩 내의 샤프트 상에 배치된다. 일단 구속되면, 압력이 2개의 부품 상에 적용되고, 몰딩의 2개의 구멍을 통해 고압수가 분사된다. 샤프트의 내부로부터의 압력 증대는 샤프트가 고정되는 몰딩의 형상 및 구성을 변형시키고 맞추게 한다. 그와 동시에, 캠 로브가 구속된다. 제조 상(manufacturing phase)의 말기에는, 레이저 용접, 프레스 피팅 또는 브로칭(broaching) 등에 의해 샤프트의 단부에 사용자 인터페이스(customer interface)가 부착된다. 그 다음, 그라인딩, 코팅 등과 같은 선택적인 제조 단계가 수행될 수 있다. 프레스 핏 복합재 샤프트 옵션(press fit composite shaft option)을 위해, 캠은 중실형 피스로부터 기계가공되어 인터퍼런스 핏에 의해 샤프트 상에 고정된다. 이와 같은 선택적인 열처리 후에, 최종의 그라인딩 및/또는 코팅 단계가 수행될 수 있다.

도 6은 드라이브 샤프트의 단부에 제공되는 커플링 계면을 위해 3가지의 옵션(물론, 다른 것이 이용가능함)을 도시한다. 이는 드라이브 샤프트를 구동한 후, 캠이 회전함에 다라 펌프 태핏과 같은 또 다른 부품을 구동하는 구동원에 연결하도록 이용된다. 커플링은 "중실형(soild) 드라이브 샤프트와 일체 형성될 수 있거나, 또는 도 6에 도시한 바와 같이 복합재 드라이브 샤프트의 일부로서 샤프트에 적절하게 고정되는 별개의 피스일 수 있다. 도 6a는 실질적으로 원통형 표면(603)이 제공되는 제1 단부를 향해 좁아지는 대체로 테이퍼진 외부면(602)을 갖는 커플링 바디(601)인 드라이브 계면을 도시한다. 원통형 및 테이퍼진 표면들은 원주방향으로 연장되는 걸리(gully)(604)에 의해 분리된다. 커플링 바디의 나머지 단부 영역(605)은 고정 링(607)을 구비한다. 도 6b는 드라이브 탱(drive tang) 타입의 커플링을 도시하고, 도 6c는 또 다른 타입의 테이퍼진 커플링을 도시한다.

도 7은 고정된 하우징의 대향 표면(701)과 회전하는 샤프트 사이의 계면 영역(700)에, 도 4 및 5에 도시한 복합재 드라이브 샤프트(400)가 어떻게 윤활제를 전달하는지를 나타내는데 도움을 준다. 도 7은 중앙 보어를 따라 그리고 관통 구멍(440)을 거쳐 샤프트의 일단부에서 윤활제의 저장부(하우징 내의 챔버에 의해 제공된)로부터 계면 영역 내로 흐르는 윤활제를 화살표로 도시한다. 샤프트가 중공형 바디이기 때문에, 유체가 흐를 수 있는 보어는 실질적인 단면을 갖는다. 이는 유체의 상당한 부분이 한번에 보어 내에 보유되게 하여, 전체의 냉각 공정에 도움을 준다. 또한, 샤프트 아래 그리고 관통 구멍 외부로의 양호한 유량이 유지될 수 있다. 이는 냉각에 도움을 주고 사용시에 찌꺼기 형성을 방지하는데 도움을 준다. (구멍이 위치되게 설계함으로써) 필요한 위치에 유체가 정확하게 전달될 수 있기 때문에, 최적의 윤활 효과가 성취될 수 있다. 또한, 윤활 유체가 어느 위치에 전달가능하기 때문에, 샤프트의 외부면과 하우징의 내부면 사이의 간극(702)은 설계 공정 동안에 최소의 거리로 유지될 수 있다. 그에 따라, 베어링 저널은 강제 흐름을 통해 펌프의 캠 박스로부터 펌프의 양말단까지 윤활된다. 그 다음, 유체가 수집되어 캠 박스로 다시 구동되거나 또는 출구로 다시 누출된다. 내부 냉각을 갖는 복합재 드라이브 샤프트를 가짐으로써, 복잡한 제조 단계를 필요로 하지 않고서 흐름이 전달될 수 있다. 종래 기술에서 이전 필요로 했던 바와 같이 베어링의 간극을 통해 일측부로부터 다른 측부로 윤활제가 반드시 전달될 필요가 없다.

이에 따라, 본 발명의 특정 실시예는 다수의 부품을 조립함으로써 형성되는 복합재 드라이브 샤프트를 제공한다. 예를 들면, 커플링 계면, 샤프트 및 캠부가 함께 고정될 수 있다. 그에 따라, 경질 재료와 같은 특정한 재료가 접촉 영역을 위해 제공될 수 있는 한편, 다른 재료가 다른 부품에 이용될 수 있다. 바람직하게, 사용되는 재료는 강 등과 같은 금속이지만, 에폭시, GRP 등과 같은 다른 플라스틱 타입의 부품이 이용될 수도 있다. 부품은 별개로 제조된 후에 저장될 수 있다. 고객 요청을 수령한 후에, 바람직한 특성을 갖는 드라이브 샤프트는 부품을 선택함으로써 조립될 수 있다. 이는 각각의 부품이 고객별로 특화되게 한다.

또한, 복합재 드라이브 샤프트를 이용하는 것은, 실질적으로 중실형 샤프트가 이용되는 한편, 드라이브 샤프트의 소정 영역 내의 중실형 부품으로부터 기계가공될 수 있음을 의미한다. 중실형 드라이브 샤프트 또는 하나 혹은 다수의 유체 전달 통로를 갖는 드라이브 샤프트를 이용하면, 베어링 및 캠 박스 상에 최적의 윤활 및 냉각을 하는데 도움을 준다.

본 발명의 특정 실시예는 하이드로포밍된 복합재 드라이브 샤프트를 제공한다. 드라이브 샤프트 커플링 계면은 고객 사양에 따라 중실형으로부터 기계가공된 다음, 샤프트의 단부에 결합된다. 이러한 해결책은 중량, 이산화탄소 풋프린트 및 재료 비용을 감소시키는데 도움을 준다. 도한, 마무리된 복합재 부품이 종래의 공지된 드라이브 샤프트보다 경량이기 때문에, 매우 바람직한 고압 펌프를 제조하는데 관성이 더욱 작다.

본 명세서의 설명 및 청구범위를 통해, 용어 "포함하다" 및 "함유하다" 그리고 그 변형체는 한정되지 않음을 의미하고, 이는 다른 반부, 첨가물, 부품, 정수 또는 단계를 배제하도록 의도되지 않는다. 본 명세서의 설명 및 청구범위를 통해, 단수는 문맥에서 달리 요구하지 않는다면 복수를 포함한다. 특히, 부정 관사가 사용되면, 명세서에서는 문맥에서 달리 요구하지 않는다면 단수뿐만 아니라 복수를 고려하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 특정한 관점, 실시예 또는 예와 함께 기술된 특징, 정수, 특성 또는 그룹은, 그와 양립가능하다면 본원에 기술된 임의의 다른 관점, 실시예 또는 예에 적용가능한 것으로 이해되어야 한다. (첨부한 청구범위, 요약서 및 도면을 포함하는) 본 명세서에 개시된 모든 특징은, 특징 및/또는 단계 중 적어도 일부가 상호적으로 배타적인 조합을 제외하고는 임의의 조합으로 결합될 수 있다. 본 발명은 임의의 전술한 실시예에 대한 어떠한 세부사항에 제한되지 않는다. 본 발명은 (첨부한 청구범위, 요약서 및 도면을 포함하는) 본 명세서의 임의의 신규한 것 또는 신규한 조합, 혹은 개시된 임의의 방법 또는 공정의 단계에 대한 임의의 신규한 것 또는 신규한 조합을 포함한다.

본 명세서는 읽는 자는 본 출원과 함께 본 명세서와 함께 또는 그 이전에 출원되고 본 명세서로 공중에 공개된 모든 논문 및 문헌에 주목해야 하고, 그 모든 논문 및 문헌의 내용은 본원에 참고로 편입된다.

Claims

제1 부품과 적어도 하나의 또 다른 부품 사이의 드라이브를 전달하는 장치에 있어서,
해당하는 종축을 따라 연장되며 제1 샤프트 영역과 또 다른 샤프트 영역을 포함하는 기다란 샤프트 요소로서, 캠 바디 영역의 해당하는 제1 측부와 또 다른 측부로부터 연장되는 원통형 외부면을 각각 포함하는, 기다란 샤프트 요소; 및
상기 샤프트 요소의 제1 단부 영역으로부터 제1 원통형 영역의 외부면 내의 적어도 하나의 출구 개구로 상기 샤프트 요소 내에서 연장되는 유체 연통 경로
를 포함하는,
장치.
제1항에 있어서,
상기 기다란 샤프트 요소는 중공형 바디이고, 상기 샤프트 요소의 내부 영역은 상기 유체 연통 경로를 포함하며, 상기 출구 개구는 상기 바디 내에 개구를 포함하는,
장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 샤프트 요소는 하이드로포밍된 부재(hydroformed member)이고, 상기 제1 샤프트 영역과 또 다른 샤프트 영역 및 상기 캠 바디 영역은 일체 형성되는,
장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 샤프트 영역과 또 다른 샤프트 요소 각각은, 해당하는 베어링 저널면을 포함하는 해당하는 원통형 외부면을 포함하는,
장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 샤프트 영역과 또 다른 샤프트 요소는 하이드로포밍되고 일체 형성된 샤프트 부재의 영역을 포함하고, 상기 캠 바디 영역은 상기 샤프트 부재에 고정된 캠 요소를 포함하는,
장치.
제1항에 있어서,
상기 기다란 샤프트 요소는 상기 제1 단부 영역으로부터 상기 바디 내로 종방향으로 연장되는 적어도 하나의 축방향으로 연장되는 통로부와, 상기 축방향으로 연장되는 통로부로부터 상기 출구 개구로 반경방향 외측으로 연장되는 또 다른 통로부를 포함하는 기계가공된 중실형 바디를 포함하는,
장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 샤프트 요소의 나머지 단부 영역에 고정되는 커플링 계면 부재를 더 포함하는,
장치.
제7항에 있어서,
상기 커플링 계면 부재는 기계가공된 중실형 요소를 포함하는,
장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 장치를 포함하는 고압 펌프용 드라이브 샤프트.
고압 유체 공급용 레이디얼 피스톤 펌프에 있어서,
적어도 하나의 펌프 개구, 제1 베어링 저널 시트 영역 및 제2 베어링 저널 시트 영역을 포함하는 캠 박스 하우징;
각각의 해당하는 펌프 개구 내에 배치되는 적어도 하나의 펌프 요소; 및
캠 바디 영역의 해당하는 제1 측부와 또 다른 측부로부터 연장되는 제1 베어링 저널면과 또 다른 베어링 저널면을 포함하는 기다란 드라이브 샤프트로서, 상기 제1 베어링 저널면과 또 다른 베어링 저널면은 해당하는 하우징 시트 영역 내에 배치되는, 기다란 드라이브 샤프트
를 포함하며,
상기 드라이브 샤프트는 제1 단부 영역으로부터 상기 제1 베어링 저널면 내의 적어도 하나의 출구 개구로 샤프트 영역 내에서 연장되는 유체 연통 경로를 포함하는,
레이디얼 피스톤 펌프.
제10항에 있어서,
상기 기다란 드라이브 샤프트는 중공형 바디이고, 상기 드라이브 샤프트의 내부 영역은 상기 유체 연통 경로를 포함하며, 상기 출구 개구는 상기 바디 내에 개구를 포함하는,
레이디얼 피스톤 펌프.
제10항에 있어서,
상기 기다란 드라이브 샤프트는 상기 바디 내로 종방향으로 연장되는 적어도 하나의 축방향으로 연장되는 통로부와, 상기 축방향으로 연장되는 통로부로부터 상기 출구 개구로 반경방향 외측으로 연장되는 또 다른 통로부를 포함하는 기계가공된 중실형 바디를 포함하는,
레이디얼 피스톤 펌프.
레이디얼 피스톤 펌프의 드라이브 샤프트와 캠 박스 하우징 사이의 영역을 윤활하는 방법에 있어서,
레이디얼 피스톤 펌프의 드라이브 샤프트가 하우징 내에서 회전함에 따라, 샤프트 요소의 저장기 단부로부터 개구로 상기 샤프트 요소 내에서 연장되는 유체 연통 경로를 거쳐 상기 하우징의 저장기 영역으로부터 상기 드라이브 샤프트의 저널 베어링 영역 내의 상기 개구로 윤활 유체를 전달하는 단계
를 포함하는,
방법.
제13항에 있어서,
중공형 바디를 포함하는 드라이브 샤프트를 거쳐 상기 개구에 연료를 포함하는 윤활 유체를 전달하는 단계를 더 포함하는,
방법.
제13항에 있어서,
상기 샤프트 요소의 제1 저장기 단부로부터 상기 바디 내로 종방향으로 연장되는 적어도 하나의 축방향으로 연장되는 통로부와, 상기 축방향으로 연장되는 통로부로부터 상기 출구 개구로 반경방향 외측으로 연장되는 또 다른 통로부를 포함하는 기계가공된 중실형 바디를 포함하는 드라이브 샤프트를 거쳐 상기 개구에 연료를 포함하는 윤활 유체를 전달하는 단계를 더 포함하는,
방법.