KR20150009973A

KR20150009973A - 축방향 스러스트 밸런스를 위한 유압 시스템이 제공된 나선형 톱니를 포함한 기어 펌프 또는 유압 기어 모터

Info

Publication number: KR20150009973A
Application number: KR1020147032370A
Authority: KR
Inventors: 스테파노 페레티; 다니로 페르시치
Original assignee: 마조찌 폼페 에스피에이
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2015-01-27
Also published as: AU2014259589A1; RU2015102102A; BR112014030180B1; ES2586413T3; CN104379934B; JP6074826B2; DK2859237T3; PL2859237T3; EP2859237B1; WO2014191253A1; KR101664646B1; US20160265528A1; CN104379934A; IN2014MN02509A; ITAN20130102A1; BR112014030180A2; TWI621778B; RU2598751C2; EP2859237A1; JP2016507686A

Abstract

샤프트(10)에 결합된 제1 톱니 휠(1), 제1 톱니 휠(1)과 결합하고 샤프트(20)에 결합된 제2 톱니 휠(2), 톱니 휠의 샤프트(10, 20)를 회전 방식으로 지지하는 지지부(4, 5), 입구 유체 덕트 및 출구 유체 덕트를 형성하고 지지부(4, 5)를 수용하는 케이스(3), 전방 플랜지(6) - 상기 전방 플랜지로부터 샤프트의 돌출 부분(13)이 전방을 향하여 돌출되고 제1 톱니 휠의 샤프트(10)에 연결되며 샤프트의 상기 돌출 부분(13)은 모터(M) 또는 로드에 연결됨 - , 및 케이스(3)에 고정된 후방 뚜껑(7) - 상기 톱니 휠(1, 2)의 톱니는 나선형 타입임 - 을 포함하는 기어 펌프 또는 유압 기어 모터(100, 200)로서, 상기 기어 펌프 또는 유압 기어 모터(100, 200)는 전방 플랜지(6)와 케이스(3) 사이에 배치된 중간 플랜지(8) - 상기 중간 플랜지(8)는 연결 덕트(82)에 의해 입구 또는 출구 유체 덕트에 연결된 제1 챔버(80)를 포함함 - , 및 제1 톱니 휠의 샤프트(10)에 대한 운동 전달을 허용하고 제1 톱니 휠에 가해진 축방향 힘(A)을 보상하기 위한 방식으로 제1 톱니 휠의 샤프트(10)의 부분(T)에 삽입되고 중간 플랜지의 제1 챔버(80) 내에 장착된 보상 링(9) - 상기 보상 링은 실린더(90)로부터 반경방향으로 돌출되는 칼라(91) 및 내부가 빈 실린더(90)를 포함하고 칼라(91)와 실린더(90)의 외부 직경(d1, d2)은 제1 톱니 휠에 가해진 축방향 힘(A)을 보상하도록 선택됨 - 을 포함한다.

Description

축방향 스러스트 밸런스를 위한 유압 시스템이 제공된 나선형 톱니를 포함한 기어 펌프 또는 유압 기어 모터{Gear pump or hydraulic gear motor with helical toothing provided with hydraulic system for axial thrust balance}

본 발명은 기어 펌프 및 유압 기어 모터에 관한 것으로, 구체적으로는 나선형 기어가 제공되고 양방향 타입 또는 다중 스테이지의 외부 기어가 제공된 펌프 및 유압 모터 내에서 축방향 스러스트를 밸런싱하기 위해 사용되는 유압 시스템에 관한 것이다.

하기에서 기어 펌프가 참조될지라도, 본 발명은 또한 유압 기어 모터에 관한 것이다. 기어 모터들은 이의 주요 작동 원리가 상이할지라도 기어 펌프와 동일한 구조를 가지며, 반면 펌프는 기계적 에너지(구동 샤프트에 가해진 토크)를 유압 에너지(압축된 오일)로 변환시키는데 사용되고, 모터는 유압 에너지(압축된 오일)를 기계적 에너지로 변환하는데 사용된다. 압축된 오일은 유압 모터 내에서 이송되고, 이를 통해 모터 몸체 상에 제공된 포트들 중 하나가 회전 구동에 의해 톱니 휠에 작용하며, 토크는 상부에 로드가 가해지는 샤프트에서 입수가능한 출력이다.

외부 기어 펌프는 통상 자동차, 토목 공사, 자동화기기 및 제어 산업과 같은 다수의 산업 분야에서 사용된다.

도 1 및 도 1a에 도시된 바와 같이, 기어 펌프는 일반적으로 2개의 상호 연결된 톱니 휠(1, 2)을 포함한다. 톱니 휠(1, 2)은 출구 유체 영역과 입구 유체 영역을 형성하는 방식으로 케이스(3) 내에 배열된다.

구동 휠(1)과 같이 형성되는 톱니 휠들 중 하나의 톱니 휠이 구동 샤프트로부터 운동을 수용하는 반면, 피동 휠(2)과 같이 형성된 다른 톱니 휠은 이와 연결되는 구동 휠(1)로부터 운동을 수용한다. 톱니 휠(1, 2)은 지지부 또는 부싱(4, 5)에 의해 회전방식으로 지지되는 각각의 샤프트(10, 20)에 결합된다.

본 명세서에서, 용어 "전방"은 구동 휠의 샤프트, 즉 회전을 수용하는 입구 샤프트가 돌출되는 펌프의 측면을 지칭한다.

펌프는 톱니 휠의 샤프트의 후방 부분을 회전방식으로 지지하는 후방 부시(5) 및 톱니 휠의 샤프트의 전방 부분을 회전방식으로 지지하는 전방 부시(4)를 포함한다. 각각의 부시는 2개의 톱니 휠의 샤프트의 일부를 회전방식으로 지지하는 2개의 원형 하우징이 제공된다.

전방 플랜지(6)와 후방 뚜껑(7)은 케이스(3), 전방 플랜지(6) 및 후방 뚜껑(7)으로 구성된 박스 내에서 톱니 휠(1, 2)과 부시(4, 5)를 밀폐하는 방식으로 케이스(3)에 고정된다. 전방 플랜지(6)는 구동 휠(1)의 샤프트(100)가 나아가는 개구가 제공된다. 따라서, 구동 휠의 샤프트의 돌출 부분(13)은 운동을 전달하는 구동 샤프트에 연결되도록 전방 플랜지(6)로부터 전방으로 돌출된다.

기어 펌프는 용적 기계(volumetric machine)이며, 이는 외부 케이스와 2개의 톱니 휠의 톱니의 격실들 사이에 포함된 부피가 톱니 휠의 회전에 의해 입구 영역으로부터 출구 영역으로 전달되기 때문이다. 상이한 유형의 유체가 사용될 수 있을 뿐만 아니라 상이한 출구 및/또는 입구 압력 및 펌프 변위 값이 사용될 수 있다.

대부분의 전형적인 응용에서 사용되는 유체는 부분적으로 압축불가능한 오일이다. 기준 압력값이 전형적으로 입구 압력에 대한 주위 압력인 반면 출구 압력은 300바의 최대 값에 도달된다.

도 1 및 도 1a의 예시에 도시된 바와 같이, 톱니 휠(1, 2)은 직선형 외부 톱니, 동일한 치수 및 균일한 전달비를 갖는다.

도 2를 참조하면, 직선형 톱니를 갖는 톱니 휠이 사용되는 경우, 작동 중에 톱니 휠은 톱니 휠의 회전 축에 대해 반경 방향으로 지향된 반경방향 전달 힘 성분(Fr)(도 2에 도시됨) 및 톱니 휠의 회전 축에 대해 반경방향으로 지향된 가로방향 전달 힘 성분(Ft)(도 2에 도시되지 않음)으로 분해될 수 있다.

도 2a를 참조하면, 이들 조건에서 압력(P)은 톱니 휠의 표면에 작용하는 입구 영역에 형성된다(도 2a의 좌측에서 진하게 도시됨). 압력(P)의 합력은 2가지의 성분: 반경방향 압력 성분(Pr)과 가로방향 압력 성분(Pt)으로 분해될 수 있다. 이러한 경우에, 어떠한 반경방향 힘도 톱니 휠에 가해지지 않는다. 국제 특허 출원 제PCT/EP2009/066127호 또는 특허 제US2159744호 또는 제US3164099호에 개시된 바와 같이 구성될 때, 나선형 기어의 사용에 따라 유압 회로 내에서 펌프에 의해 유도된 소음과 펄스가 상당히 감소된다. 동일한 기하학적 특징을 갖는 2개의 나선형 톱니 휠을 정확히 맞물리기 위해, 나선의 기울기는 불일치 방향(discordant direction)을 가져야 한다.

도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 나선형 톱니를 포함한 구동 휠(1) 및 피동 휠(2)을 갖는 기어 펌프를 개시한다. 나선형 톱니를 갖는 톱니 휠의 사용은 작동 중에 축방향 하중 또는 응력(Fa, Pa)을 생성한다. 나선형 톱니의 나선 각도(β_b)가 더 클수록 축방향 하중 또는 응력(Fa, Pa)이 더 커질 것이다(도 3a 및 도 3b). 축방향 응력(Fa, Pa)의 생성은 축방향을 따라 톱니 휠의 섹션에 작용하는 압력(Pa)과 전달 힘(Fa)의 방출에 의해 야기된다.

도 3d는 각각 톱니 휠(1, 2)에 작용하는 모든 축방향 힘의 합력(A, B)을 나타낸다.

상반되지는 않지만, 축방향 응력(A, B)의 생성은 부시(4, 5)에서 방출되는 특정 압력을 상당히 증가시키며, 이에 따라 펌프의 최대 압력과 내구성 및 마찰에 의한 손실로 인한 기계적 효율 둘 모두가 감소된다.

축방향 하중의 밸런싱의 문제점은 상이한 방식으로 해결될 수 있다.

도 4를 참조하면, 2-나선형 기어의 사용은 축방향 하중을 밸런싱하는 문제점을 해결하는 것으로 알려졌으며, 이는 축방향 힘(A, B)이 톱니 휠 상에서 직접 밸런싱되기 때문이다. 이러한 해결 방법은 몇몇의 단점에 의해 악화된다: 사실상, 고압 기어 펌프 또는 모터의 제조 중에 필요한 더 높은 정확도와 함께 2-나선형 톱니 휠의 더 높은 구조적 복잡성은 비용 효율적이지 못한 해결방법이다.

축방향 힘을 밸런싱하기 위해 사용되는 대안의 방법은 특허 제US3658452호에 개시되며, 오른손 펌프(즉, 시계방향으로 회전하는 오른손 나선을 갖는 구동 샤프트를 갖는 펌프) 및 왼손 나선을 갖는 피동 샤프트가 사용된다.

도 5를 참조하면(미국 특허 제US3658452호의 도 1에 대응), 펌프의 구동 및 피동 톱니 휠(11, 12)에 작용하는 축방향 힘(A, B)은 상반된 힘(A', B')을 가하는 톱니 휠의 단부에 배열된 유압 피스톤(51, 52)에 의해 대향하고 후방 뚜껑(16)을 향하여 지향된다. 유압 피스톤(51, 52)은 펌프의 입구 영역과 유압 피스톤의 후방 챔버(57, 58)를 연결하는 통로(59, 60, 61)에 의해 공급된다. 유압 피스톤(51, 52)의 영역은 축방향 힘(A, B)을 밸런싱하도록 적절히 치수가 형성되어야 한다.

톱니 휠에 작용하는 축방향 힘(A, B)은 구동 휠로부터 피동 휠로 토크 전달에 의해 형성된 힘의 축방향 성분(Fa)(도 3a) 및 압력(Pa)의 축방향 성분(도 3b)인 2개의 인자의 기여에 의해 형성된다. 휠에 대해 사용된 나선의 방향과 회전 방향을 고려하지 않고, 힘(Pa, Fa)은 구동 휠에 대해 항시 일치되는 반면 힘(Pa, Fa)은 피동 휠에 대해 항시 일치되지 않는다.

오른손 회전(시계방향으로 회전하는 구동 샤프트)에 따른 종래 기술의 나선 기어를 포함한 펌프가 고려되고 오른손 나선을 갖는 구동 샤프트가 알려진 구동 속도로 사용되는 경우(도 5), 구동 샤프트에서 흡수된 토크는 다음과 같다:

V = 변위 [cm³/rev]

P = 입구와 출구 사이의 압력 차이 [바]

= 하이드로-기계 출력 (실험적으로 얻어진 값)

토크의 절반이 이의 펌핑 작용 동안에 구동 휠에 의해 유체에 전달되고 피동 휠(Mt_cto)에 전달된 토크는 총 토크의 절반인 것으로 가정된다.

나선형 톱니 휠에 의해 형성된 축방향 전달력(Fa)은 다음과 같다:

Dp = 톱니 휠의 작동 피치 직경[mm]

= 나선의 경사각[°]

알려진 작용 및 반응 원리로 인해, 힘(Fa)은 동일한 강도이지만 상반된 방향의 구동 휠과 피동 휠에 작용한다.

압력(Pa)에 의해 형성된 축방향 힘은 축방향을 따른 압력의 합력이다:

h = 톱니 높이 [mm]

l = 링 폭 [mm]

상기에서, 힘(Pa)은 양 톱니 휠에서 동일한 방향과 동일한 강도를 갖는다.

톱니 휠의 가정 전형적인 치수에 따라서, Pa > Fa 및 이에 따라 힘(F1, F2)은 항시 동일한 방향을 갖는다.

보상 피스톤의 직경 Φ_A와 Φ_B는 공식 (7)과 (8)로부터 얻어진다:

힘(Fa, Pa) 둘 모두는 입구 압력(P)의 값에 선형으로 의존된다(공식 (5), (6)). 따라서, 보상 피스톤의 직경을 계산한 후에, 축방향 힘은 압력(P)의 임의의 값에서 완벽히 밸런싱된다.

보상 피스톤의 사용은 상당히 저렴하며, 용이한 해결방법이고 이는 작업과 부품들이 단순하고 신뢰성 있기 때문이다.

특허 제US3658452호에 개시된 사상은 합력(A, B)이 후방 뚜껑을 항시 향해야 하는 단방향 모터의 경우에만 축방향 힘의 밸런싱의 문제점을 해결할 수 있다(즉, 왼손 피동 기어와 오른손 구동 기어를 갖는 오른손 펌프의 경우 또는 왼손 구동 기어와 오른손 피동 기어를 갖는 왼손 펌프의 경우).

그러나, 일부 유압 제어식 응용은 양방향 또는 다중 스테이지 유압 펌프 또는 기어의 사용을 요한다.

양방향 펌프(2개의 유동 방향)의 사용에 따라 구동 샤프트의 회전이 역전되고, 이에 따라 오일 유동 방향 및 고압 영역과 저압 영역이 역전되며, 예를 들어, 유압 액추에이터의 운동이 역전된다. 게다가, 양방향 모터의 사용은 유압 모터의 출력 샤프트에서 허용가능한 토크의 방향을 역전시킬 필요가 있는 응용에서 유용하다.

도 6a는 축방향 힘(A, B)이 전방 플랜지를 향하는 작동 상태에서 양방향 펌프의 경우 축방향 힘의 분배를 도시한다. 이러한 경우에, 미국 특허 제US3658452호에 개시된 해결 방법은 적용될 수 없으며, 이는 도 6b에 도시된 바와 같이 출구 측면과 입구 측면의 움직임의 역전이 톱니 휠(1, 2)에 작용하는 축방향 힘(A, B)의 역전을 야기하기 때문이다. 이러한 경우에, 축방향 힘(A, B)은 후방 뚜껑(7)을 향하지 않고 전방 플랜지(6)를 향한다. 전방 플랜지(6)로부터 돌출되는 구동 휠(1)의 샤프트의 돌출 부분(13)으로 인해, 구동 휠(1) 상에서의 축방향 힘(A)은 도 5에서의 해결 방법과 같이 유압 피스톤에 의해 더 이상 밸런스되지 않는다.

고압 유체 입구 측면과 저압 유체 출구 측면에 따른 유압 모터에서 동일한 상황이 발견된다. 이러한 경우에, 구동 휠과 피동 휠이 제공되지 않지만 단순히 제1 톱니 휠(1)과 제2 톱니 휠(2)이 제공된다. 게다가, 샤프트(13)의 돌출 부분은 모터가 아닌 로드에 연결되도록 구성된다.

도 7은 전방 스테이지(S_A)와 후방 스테이지(S_B)를 포함하는 다중 2-스테이지 펌프를 도시한다. 명확함을 위해, 도 7은 2-스테이지 펌프를 도시하지만 해결 방법은 또한 더 많은 개수의 스테이지에 적용될 수 있다. 다수의 펌프는 단일의 파워 테이크-오프에 다수의 독립 회로를 연결할 필요가 있다. 이러한 경우에, 펌프는 병렬로 연결되고 후방 스테이지(S_B)는 전방 스테이지(S_A)의 구동 휠의 샤프트로부터 기계식 연결부(500)에 의해 필요한 토크를 수용한다(예컨대, 올덤(Oldham) 커플링 또는 스플라인 커플링). 또한 다중 펌프의 경우에, 미국 특허 제US3658452호에 개시된 해결 방법은 적용될 수 없는데, 이는 전방 스테이지(S_A)의 톱니 휠들 중 하나의 톱니 휠의 샤프트의 단부 부분(T)이 후방 스테이지(S_B)에 운동을 전달하기 위해 맞물리기 때문이다. 사실상, 전방 스테이지(S_A)는 밀폐된 후방 뚜껑이 제공되지 않을 수 있고, 이는 톱니 휠의 샤프트의 단부 부분(T)이 후방 스테이지(S_B)에 운동을 전달하기 위하여 후방에서 돌출되어야 하기 때문이다.

일반적으로, 미국 특허 제US3658452호에 의해 개시된 사상은 축방향 힘(A, B)이 톱니 휠의 샤프트에 의해 교차하는 펌프의 측면을 향하여 지향될 때 적용될 수 없다.

본 발명의 목적은 양방향 또는 다중 스테이지 타입의 나선형 톱니를 갖는 기어 펌프 또는 유압 모터 내에서 축방향 힘의 밸런싱을 위해 유압 시스템을 제공함으로써 당업계의 단점을 해결하는 데 있다.

이 목적은 첨부된 독립항 제1항에 제시된 특징에 따라 본 발명에 의해 구현된다.

선호되는 실시 형태는 종속항으로부터 명확해진다.

본 발명의 기어 펌프 또는 모터는:

샤프트에 결합된 제1 톱니 휠,

제1 톱니 휠과 결합하고 샤프트에 결합된 제2 톱니 휠,

톱니 휠의 샤프트를 회전 방식으로 지지하는 지지부,

입구 유체 덕트 및 출구 유체 덕트를 형성하고 지지부를 수용하는 케이스,

전방 플랜지 - 상기 전방 플랜지로부터 샤프트의 돌출 부분이 전방을 향하여 돌출되고 제1 톱니 휠의 샤프트에 연결되며 샤프트의 상기 돌출 부분은 모터 또는 로드에 연결됨 - , 및

케이스에 고정된 후방 뚜껑 - 상기 톱니 휠의 톱니는 나선형 타입임 - 을 포함하고, 상기 기어 펌프 또는 유압 기어 모터는

전방 플랜지와 케이스 사이에 배치된 중간 플랜지 - 상기 중간 플랜지는 연결 덕트에 의해 입구 또는 출구 유체 덕트에 연결된 제1 챔버를 포함함 - , 및

제1 톱니 휠의 샤프트에 대한 운동 전달을 허용하고 제1 톱니 휠에 가해진 축방향 힘을 보상하기 위한 방식으로 제1 톱니 휠의 샤프트의 부분에 삽입되고 중간 플랜지의 제1 챔버 내에 장착된 보상 링 - 상기 보상 링은 실린더로부터 반경방향으로 돌출되는 칼라 및 내부가 빈 실린더를 포함하고 칼라와 실린더의 외부 직경은 제1 톱니 휠에 가해진 축방향 힘을 보상하도록 선택됨 - 을 포함한다.

기어 펌프 또는 모터에 가해진 축방향 힘의 보상 시스템의 이점은 명확하다.

사실상, 보상 링에 의한 축방향 힘의 이러한 보상 시스템에 따라 제1 기어의 축방향 힘의 밸런싱이 허용되고 동시에 제1 기어의 샤프트로부터 또 다른 기어로의 움직임이 전달된다.

도 1은 종래 기술에 따른 직선형 톱니를 갖는 기어 펌프의 축방향 도.
도 1a는 도 1의 단면 A-A를 따라 취한 단면도.
도 2는 반경방향 전달 힘을 도시하는 도 1과 동일한 도면.
도 2a는 반경방향 및 가로방향 압력을 도시하는, 도 1a와 동일한 도면.
도 3a는 반경방향 및 축방향 전달 힘을 도시하는, 나선형 톱니를 포함한 기어 펌프의 축방향도.
도 3b는 반경방향 및 축방향 압력을 도시하는, 도 3a와 동일한 도면.
도 3c는 펌프가 왼손 회전 중일 때 축방향 전달 및 압력을 도시하는, 도 3a와 동일한 도면.
도 3d는 펌프의 후방 뚜껑을 향하는 축방향 전달 및 압력의 합력을 도시하는, 도 3a와 동일한 도면.
도 4는 종래 기술에 따른 2-나선형 기어 펌프의 축방향도.
도 5는 미국 특허 제US3658452호에 대응하는, 종래 기술에 따른 나선형 기어 펌프의 축방향도.
도 6a는 펌프가 오른손 회전 중일 때 축방향 전달 및 압력을 도시하는, 도 3c와 동일한 도면.
도 6b는 펌프의 전방 플랜지를 향하는 축방향 전달 및 압력의 합력을 도시하는, 도 6a와 동일한 도면.
도 7은 종래 기술에 따른 다중 펌프의 2 스테이지의 전개도.
도 8은 펌프의 입력 덕트에 연결된 일부 고압 채널이 진하게 도시되는, 본 발명에 따른 2-방향 타입의 기어 펌프를 도시하는 도면.
도 9는 입구 영역이 진하게 도시되는, 도 8의 펌프의 단면도.
도 10은 입구 영역이 진하게 도시되는 운동이 역전된 이후의 도 9와 동일한 도면.
도 11은 펌프의 입구 덕트와 연결된 일부 고압 채널이 진하게 도시되는, 운동이 역전된 이후의 도 9와 동일한 도면.
도 11a는 도 11의 펌프의 축방향 스러스트의 보상 시스템의 일부 요소의 축방향 전개도.
도 12는 2 스테이지를 포함한, 본 발명에 따른 다중 스테이지 펌프의 축방향도.
도 13는 축방향 스러스트의 보상 시스템을 도시하는 도 12의 확대도.
도 14는 3 스테이지를 포함한 본 발명에 따른 다중 스테이지의 부분적인 축방향 도면.

도 8 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따르는 양방향 기어 펌프가 개시되며, 이 펌프는 도면부호(100)로 도시된다.

전술된 요소와 동일하거나 또는 이에 대응하는 하기에서의 요소는 동일한 도면부호로 표시되고 이들의 상세한 설명이 생략된다.

펌프(100)는 제1 톱니 휠(toothed wheel, 1), 제2 톱니 휠(2), 밀폐 위치에 있는 후방 뚜껑(back lid, 7) 및 샤프트의 돌출 부분(13)이 전방으로 돌출되는 전방 플랜지(6)를 포함하고, 이는 제1 톱니 휠(1)의 샤프트(10)에 연결된다. 톱니 휠(1, 2) 둘 모두는 나산형 톱니가 제공된다.

샤프트의 돌출 부분(13)은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 운동학적 기구를 회전시킬 수 있는 모터(M)에 연결된다. 이러한 경우에, 제1 톱니 휠(1)은 구동 휠이고 제2 톱니 휠(2)은 피동 휠이다.

도 9를 참조하면, 모터(M)가 구동 휠(1)을 반시계 방향으로 회전시킬 때, 진하게 표시된 출구 영역(고압)이 케이스(3)의 좌측에 형성되고, 입구 영역(저압)은 케이스(3)의 우측에 형성된다.

도 8을 참조하면, 이러한 경우에, 후방 뚜껑(7)을 대향하는 각각의 축방향 힘(A, B)은 톱니 휠(1, 2) 상에 형성된다.

미국 특허 제US3658452호는 후방 뚜껑(7)에 작용하는 축방향 힘(A, B)을 밸런싱하는 사상을 기초로 한다. 2개의 챔버(70, 71)가 후방 뚜껑(7)에 형성되고 제1 피스톤(270)과 제2 피스톤(271)이 배열된다. 피스톤(270, 271)은 톱니 휠(1, 2)의 샤프트(10, 20)의 후방 단부 가장자리에서 축방향으로 작동된다.

2개의 덕트(72, 73)는 2개의 피스톤(270, 271)의 챔버(70, 71)와 연통하는 펌프의 출구 챔버(도 9에서 진하게 표시됨)를 배치하는 후방 뚜껑(7) 내에 형성된다. 상기에서, 피스톤(270, 271)은 톱니 휠의 샤프트(10, 20)에 대해 가압되어 톱니 휠에 작용하는 축방향 힘(A, B)을 밸런싱하는 힘(A', B')을 가한다.

도 10을 참조하면, 모터(M)는 회전 방향을 변환시키고 구동 휠(1)을 시계방향으로 배치하며, 진하게 표시된 출구 영역(고압)은 케이스(3)의 우측에 형성되고 입구 영역(저압)은 케이스(3)의 좌측에 형성된다.

도 11을 참조하면, 이러한 경우에, 전방 플랜지(6)를 대향하는 각각의 축방향 힘(A, B)이 톱니 휠(1, 2) 상에 형성된다.

중간 플랜지(8)는 상기 축방향 힘(A, B)을 보상하기 위하여 전방 플랜지(6)와 케이스(3) 사이에 배열된다.

도 11a를 참조하면, 상기 중간 플랜지(8)는 톱니 구동 휠의 샤프트(10)의 단부 부분(T)의 이동을 허용하기 위하여 관통 홀(85)이 제공된다.

중간 플랜지(8)는 피동 휠(2)의 샤프트(20)의 축방향 위치에서 원통형 형상을 갖는 제2 챔버(81)와 관통 홀(85) 주위에 형성된 환형 형상을 갖는 제1 챔버(80)를 포함한다.

덕트(82)는 펌프의 출구 덕트(도 10에서 진하게 표시됨)와 연통하는 2개의 챔버(80, 81)를 배치하는 중간 플랜지(82) 내에 형성된다.

보상 링(9)이 제1 챔버(80) 내에 형성된다. 보상 링(9)은 구동 휠의 샤프트(10)의 단부 부분(T)에 삽입된다. 이를 위해, 숄더(15)는 구동 휠의 샤프트의 단부 부분(T)에 대한 근위 위치에 형성되고 이에 대해 보상 링(9)이 정지된다. 바람직하게는, 보상 링(9)은 펌프의 고압 영역으로부터 저압 영역으로 유체 누출을 야기할 수 있는 바람직하지 못한 마찰을 방지하기 위하여 샤프트(10)의 단부 부분(T) 상에서 스플라인된다.

보상 링(9)은 실린더(90)로부터 외측으로 반경방향으로 돌출되는 칼라(91) 및 실린더(90)를 포함한다. 보상 링(9)은 내부가 비워졌으며 구동 휠의 샤프트의 단부 부분(T)의 이동을 허용하기 위한 관통 홀(92)이 제공된다. 관통 홀(92)은 스플라인 암의 섹션을 가지며, 샤프트(10)의 단부 부분(T)은 스플라인 수의 섹션을 갖는다.

2개의 동적 밀봉부(95, 96)는 고압 영역으로부터 저압 영역으로 가능한 누출을 방지하기 위하여 보상 링(9)을 지지하도록 중간 플랜지(8)의 제1 챔버(80) 내에 배열된다.

원통형 부분(88)은 중간 플랜지의 제2 챔버(81) 내에 배열된다.

톱니 휠의 회전 방향이 도 10에 도시된 바와 같이 형성될 때, 중간 플랜지의 챔버(81, 80)는 출구 덕트(고압)와 연통하고, 이에 따라 유체는 기어에 가해진 축방향 힘(A, B)을 보상하도록 화살표 방향(A', B')으로 보상 링(9)과 피스톤(88)을 가압한다.

도 11을 참조하면, 보상 링의 칼라(91)는 외부 직경(d1)을 가지며, 보상 링의 실린더(90)는 외부 직경(d2)을 갖는다.

직경(d1, d2)으로 형성된 환형 영역은 축방향 힘(A)을 완전히 보상하도록 형성된다. 직경(d1, d2)의 값은 원형 영역 대신에 균등 영역을 갖는 환형 섹션을 고려하는 공식(7)에 따라 계산된다. 직경들 중 하나의 직경이 구조적 요건에 따라 정해지고 다른 직경이 하기 공식에 따라 계산된다:

피스톤(88)은 외부 직경(d3)을 갖는다. 피스톤(88)의 직경(d3)은 축방향 힘(B)을 완전히 보상하도록 형성된다. d3 값은 하기 공식으로부터 직접 계산될 수 있다:

본 발명의 선호되는 실시 형태에 따라서, 축방향 힘은 각각 보상 링(9)과 피스톤(88)에 의해 톱니 피동 휠(2)의 샤프트 상에서 그리고 톱니 구동 휠(1)의 샤프트 상에 밸런싱된다. 그러나, 구동 휠(1)의 샤프트 상의 축방향 스러스트의 합력(A)은 피동 휠(2)의 샤프트 상에서 축방향 스러스트의 합력(B)보다 상당히 크다. 이에 따라, 피스톤(88)은 선택적이고 생략될 수 있다.

도 8 및 도 11에 도시된 바와 같이, 구동 휠의 샤프트의 단부 부분(T)은 중간 플랜지(8)로부터 외측으로 돌출되고, 모터(M)에 연결된 돌출 부분(13)이 제공된 구동 샤프트(12)에 기계식 연결부(500)에 의해 연결된다.

기계식 연결부(500)는 스플라인 커플링, 올덤(Oldham) 커플링 또는 다른 타입의 커플링일 수 있다. 기계식 연결부(500)는 중간 플랜지(8)에 대해 정지된 플레이트(501) 내에 수용된다.

중간 플레이트(600) 상의 베어링(601)은 선택적으로 제공될 수 있는 샤프트(12)를 회전 방식으로 지지한다. 중간 플레이트(600)는 기계식 연결부(500)를 수용하는 플레이트(501)와 전방 플랜지(6) 사이에 배열된다.

도 8 내지 도 11이 펌프에 대해 언급할지라도, 이러한 도면들은 또한 유압 모터에 대해 언급될 수 있으며, 여기서 펌프 출구(고압 영역)는 모터 유체의 입구에 대응하고, 펌프 입구(저압 영역)는 모터 유체의 배출에 대응한다. 유압 모터의 경우에, 구동 및 피동 휠이 없지만 단순히 제1 톱니 휠(1)과 제2 톱니 휠(2)은 제공된다. 게다가, 샤프트(13)의 돌출 부분은 모터(M)가 아닌 로드(load)에 연결되도록 구성된다.

도 12 및 도 13은 다중 기어 펌프(200)를 도시한다. 다중 기어 펌프(200)는 전방 스테이지(S_A) 및 후방 스테이지(S_B)를 포함한다. 각각의 스테이지는 나선형 톱니를 갖는 톱니 휠을 포함한다.

후방 스테이지(S_B)는 펌프의 최종 스테이지이고, 이에 따라 후방 뚜껑(7)으로 밀폐되며, 이로부터 샤프트가 돌출되지 않는다. 샤프트의 돌출 부분(13)은 모터(M)에 연결되도록 전방 플랜지(6)로부터 전방을 향하여 돌출된다.

전방 스테이지(S_A)의 구동 톱니 휠이 샤프트의 단부 부분(T)은 2개의 스테이지(S_A, S_B)들 사이에 배열된 플레이트(501) 내에 수용된 기계식 연결부(500)에 의해 후방 스테이지(S_B)의 톱니형 구동 휠의 샤프트의 단부 부분(T)에 연결된다. 이러한 경우에, 후방 스테이지와 전방 스테이지의 톱니 휠은 후방 뚜껑(7)을 향하는 각각의 축방향 힘(A, B, C, D)에 노출된다.

따라서, 후방 스테이지(S_B)의 톱니 휠 상에서 축방향 힘(C, D)이 후방 뚜껑(7) 내에 배열된 피스톤(270, 271)의 작용에 의해 밸런싱된다. 대신에, 전방 스테이지(S_A)의 톱니 휠 상의 축방향 힘(A, B)이 중간 플랜지(8) 내에 배열된 피스톤(88) 및 보상 링(9)의 작용에 의해 밸런싱된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 보상 링(9)과 피스톤(88)은 전방 스테이지(S_A)의 톱니 휠(1, 2)에 가해진 축방향 힘(A, B)을 보상하는 각각의 축방향 힘(A', B')을 형성한다.

기계식 연결부(500)를 수용하는 플레이트(501)는 중간 플랜지(8)와 후방 스테이지(S_B) 사이에 배열된다.

도 14를 참조하면, 다수의 기어 펌프(200)는 후방 스테이지(S_B)와 전방 스테이지(S_A) 사이에 배열된 하나 이상의 중간 스테이지(S_I)를 포함할 수 있다. 각각의 중간 스테이지(S_I)는 나선형 톱니를 갖는 제2 톱니 휠(2)과 제1 톱니 휠(1)을 포함한다. 중간 스테이지(S_I)의 제1 톱니 휠(1)은 차례로 중간 스테이지의 제1 톱니 휠의 샤프트를 후방 스테이지(S_B)의 제1 톱니 휠의 샤프트에 연결하는 기계식 연결부(500)에 의해 후방 스테이지(S_B)에 움직임을 제공하고 전방 배치 스테이지(S_A)의 구동 휠(1)의 샤프트의 단부 부분(T)으로부터 움직임을 수용한다.

이러한 경우에, 추가 중간 플랜지(8)가 기계식 연결부(500)와 중간 스테이지(S_I)의 케이스 사이에 배열된다. 중간 플랜지(8)의 보상 링(9)은 중간 스테이지(S_I)의 제1 톱니 휠(1)의 축방향 스러스트(A)를 보상한다.

변형 및 개조가 본 발명의 범위 내에서 본 발명의 실시 형태에 따라 구현된다.

Claims

샤프트(10)에 결합된 제1 톱니 휠(1),
제1 톱니 휠(1)과 결합하고 샤프트(20)에 결합된 제2 톱니 휠(2),
톱니 휠의 샤프트(10, 20)를 회전 방식으로 지지하는 지지부(4, 5),
입구 유체 덕트 및 출구 유체 덕트를 형성하고 지지부(4, 5)를 수용하는 케이스(3),
전방 플랜지(6) - 상기 전방 플랜지로부터 샤프트의 돌출 부분(13)이 전방을 향하여 돌출되고 제1 톱니 휠의 샤프트(10)에 연결되며 샤프트의 상기 돌출 부분(13)은 모터(M) 또는 로드에 연결됨 - , 및
케이스(3)에 고정된 후방 뚜껑(7) - 상기 톱니 휠(1, 2)의 톱니는 나선형 타입임 - 을 포함하는 기어 펌프 또는 유압 기어 모터(100, 200)로서, 상기 기어 펌프 또는 유압 기어 모터(100, 200)는
전방 플랜지(6)와 케이스(3) 사이에 배치된 중간 플랜지(8) - 상기 중간 플랜지(8)는 연결 덕트(82)에 의해 입구 또는 출구 유체 덕트에 연결된 제1 챔버(80)를 포함함 - , 및
제1 톱니 휠의 샤프트(10)에 대한 운동 전달을 허용하고 제1 톱니 휠에 가해진 축방향 힘(A)을 보상하기 위한 방식으로 제1 톱니 휠의 샤프트(10)의 부분(T)에 삽입되고 중간 플랜지의 제1 챔버(80) 내에 장착된 보상 링(9) - 상기 보상 링은 실린더(90)로부터 반경방향으로 돌출되는 칼라(91) 및 내부가 빈 실린더(90)를 포함하고 칼라(91)와 실린더(90)의 외부 직경(d1, d2)은 제1 톱니 휠에 가해진 축방향 힘(A)을 보상하도록 선택됨 - 을 포함하는 기어 펌프 또는 유압 기어 모터(100, 200).
제1항에 있어서,
- 연결 덕트(82)에 의해 펌프의 입구 또는 출구 유체 덕트에 연결되고 중간 플랜지(8) 내에 형성된 제2 챔버(81),
- 제2 톱니 휠 상에 가해진 축방향 힘(B)을 보상하기 위하여 제2 톱니 휠의 샤프트(20)의 일 단부에 대해 정지되도록 중간 플랜지의 제2 챔버(81)에 장착된 피스톤(88)을 포함하는 기어 펌프 또는 유압 기어 모터(100, 200).
제1항에 있어서, 보상 링(9)이 상부에 삽입되는 제1 톱니 휠의 샤프트의 부분(T)은 단부 부분(T)이고, 기어 펌프는 또한 운동 전달을 위해 또 다른 샤프트(13, 10)에 톱니 구동 휠의 단부 부분(T)을 연결하는 기계식 연결부(500)를 포함하는 기어 펌프 또는 유압 기어 모터(100, 200).
제1항 또는 제2항에 있어서, 보상 링(9)은 상대 마찰을 제거하기 위하여 구동 휠의 샤프트의 상기 부분(T)에 키잉되는(keyed) 기어 펌프 또는 유압 기어 모터(100, 200).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 고압 영역으로부터 저압 영역으로 누출을 방지하기 위하여 보상 링(9)을 지지하도록 중간 플랜지(8)의 제1 챔버(80) 내에 배열되는 동적 밀봉부(95, 96)를 포함하는 기어 펌프 또는 유압 기어 모터(100, 200).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 밀폐 뚜껑(7)은
- 덕트(72, 73)에 의해 펌프의 입구 또는 출구 유체 덕트에 연결된 제1 챔버(70) 및 제2 챔버(71),
- 제1 톱니 휠 상에 가해진 축방향 힘(A, C)을 보상하기 위하여 제1 톱니 휠(1)의 샤프트(10)의 일 단부에 대해 정지되도록 밀폐 뚜껑의 제1 챔버(70)에 장착된 제1 피스톤(270), 및
- 제2 톱니 휠 상에 가해진 축방향 힘(B, D)을 보상하기 위하여 제2 톱니 휠(2)의 샤프트(20)의 일 단부에 대해 정지되도록 밀폐 뚜껑의 제2 챔버(71)에 장착된 제2 피스톤(271)을 포함하는 기어 펌프 또는 유압 기어 모터(100, 200).
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 전방 플랜지(6)로부터 돌출되는 돌출 부분(13)을 포함한 구동 샤프트(12)에 제1 톱니 휠(1)의 샤프트를 연결하는 기계식 연결부(500)를 추가로 포함하는 기어 펌프 또는 유압 기어 모터(100, 200).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 샤프트의 돌출 부분(13)은 제1 톱니 휠(1)이 구동 휠이고 제2 톱니 휠(2)이 피동 휠이도록 모터에 연결되는 기어 펌프(100).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 샤프트의 돌출 부분(13)은 로드에 연결되는 유압 기어 모터(200).
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기어 펌프 또는 유압 기어 모터는 다중 타입이고,
제1 톱니 휠(1)과 제2 톱니 휠(2)을 포함하는 하나 이상의 전방 스테이지(S_A),
밀폐 뚜껑(7) 및 제1 톱니 휠(1)과 제2 톱니 휠(2)을 포함하는 후방 스테이지(S_B), 및
후방 스테이지(S_B)의 제1 톱니 휠(1)의 샤프트에 전방 스테이지(S_A)의 제1 톱니 휠(1)의 샤프트를 연결하는 기계식 연결부(500)를 포함하고,
중간 플랜지(8)는 기계식 연결부(500)와 전방 스테이지(S_A)의 케이스(3) 사이에 개재되고, 중간 플랜지의 보상 링(9)은 전방 스테이지(S_A)의 제1 톱니 휠(1, 2)의 축방향 스러스트(A)를 보상하는 기어 펌프 또는 유압 기어 모터(100, 200).
제10항에 있어서, 후방 스테이지(S_B)와 전방 스테이지(S_A) 사이에 배열된 하나 이상의 중간 스테이지(S_I)를 포함하고, 각각의 중간 스테이지(S_I)는 나선형 톱니를 갖는 제2 톱니 휠(2)과 제1 톱니 휠(1)을 포함하며, 중간 스테이지(S_I)의 제1 톱니 휠(1)은 중간 스테이지의 제1 톱니 휠의 샤프트를 후방 스테이지(S_B)의 제1 톱니 휠의 샤프트에 연결하는 기계식 연결부(500)에 의해 후방 스테이지(S_B)를 이동시키고 전방 배치 스테이지(S_A)의 구동 휠(1)의 샤프트의 단부 부분(T)으로부터 움직임을 수용하며, 추가 중간 플랜지(8)가 기계식 연결부(500)와 중간 스테이지(S_I)의 케이스 사이에 배열되고 중간 플랜지(8)는 중간 스테이지(S_I)의 제1 톱니 휠(1)의 축방향 스러스트(A)를 보상하기 위한 보상 링(9)을 포함하는 기어 펌프 또는 유압 기어 모터(100, 200).