KR20150097084A - 헬름 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기밀성을 향상시켜 기대 수명을 증대시킨 헬름 펌프에 관한 것으로, 본 발명은 실시예로써 작동유가 선택적으로 배출되는 한 쌍의 포트가 형성되어 있고, 내부에 어느 한 포트로 작동유가 유출되게 하는 스풀이 구비되는 상부케이스, 상기 스풀이 작동하는 공간과 연통된 유입유로들이 형성된 상기 상부케이스의 내면에 접촉하며, 상기 스풀에 작동유를 공급하는 한 쌍의 작동유로가 형성되어 있는 커플링, 상기 유입유로에 일단부가 삽입되고, 상기 유입유로에 대응하는 상기 작동유로에 타단부가 삽입되며, 상기 유입관로의 내벽과 상기 작동유로의 내벽에 접촉하는 외주면에는 각각 오링이 장착되는 중공된 실링관체, 상기 커플링의 둘레에 접촉하며 회전 가능하고, 그 회전 축의 둘레에 배치되는 피스톤들의 신축 자동에 따라 어느 한 상기 작동유로에 작동유를 유입시키는 피스톤하우징, 상기 피스톤하우징에 고정되어 상기 피스톤하우징을 회전시키는 샤프트 및 상기 샤프트가 외부로 돌출되게 결합되며 상기 상부케이스에 결합되는 하부케이스를 포함하는 헬름 펌프를 제시한다.

Description

헬름 펌프{Helm Pump}

본 발명은 기밀성을 향상시켜 기대 수명을 증대시킨 헬름 펌프에 관한 것이다.

소형 선박의 조향 방법은 선미에 구비된 방향타를 회전시키는 방식이거나 추진력을 발휘하는 스크류와 모터 일체를 회전시키는 방식 중 하나가 일반적이다. 특히 소형 선박 중 모터가 선미 외측에 구비된 선외기에서는 모터와 스크류를 회전시키는 방식이 일반적으로 채택된다. 이러한 모터의 회전에는 큰 힘이 요구되는데, 조향핸들을 회전시키는 사람의 힘만으로 모터를 제대로 회전시키기는 대단히 어렵다. 따라서 조향핸들의 토크를 증대시키는 헬름 펌프가 널리 사용된다.

헬름 펌프는 유압 펌프의 일종으로 조향핸들의 회전력을 입력받으며, 조향핸들의 회전방향과 회전각도에 따라 두 개의 유압출구에서 정·역 방향의 유압력을 발생시키는 것이다.

헬름 펌프는 Teleflex사, MAVI MARE사, UNIKAS사, MAROL사 등이 주요 생산사이며, 이들이 생산하는 헬름 펌프의 제품군들은 사실상 동일한 기술적 원리를 사용하여 구성이 유사한 것이고, 그 구성들은 이미 공지되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 헬름 펌프(100)의 조향 실린더장치(200)에 전달되어 방향타(300)나 모터가 조향핸들(400)의 회전 정도에 따라 회전하게 된다.

조향핸들이 회전됨에 따라 피스톤들도 스러스트베어링 부재에 접촉하면서 회전하고, 그에 따라 각 피스톤이 각 피스톤홈에서 인출되거나 삽입되면서 과압된 유체의 흐름이 발생된다.

대한민국 공개실용신안 실2001-0000734호 (2001.01.15)

본 발명은 내부 구성품의 기밀성을 향상시켜 헬름 펌프의 기대 수명을 증대시키고자 한다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 작동유가 선택적으로 배출되는 한 쌍의 포트가 형성되어 있고, 내부에 어느 한 포트로 작동유가 유출되게 하는 스풀이 구비되는 상부케이스, 상기 스풀이 작동하는 공간과 연통된 유입유로들이 형성된 상기 상부케이스의 내면에 접촉하며, 상기 스풀에 작동유를 공급하는 한 쌍의 작동유로가 형성되어 있는 커플링, 상기 유입유로에 일단부가 삽입되고, 상기 유입유로에 대응하는 상기 작동유로에 타단부가 삽입되며, 상기 유입관로의 내벽과 상기 작동유로의 내벽에 접촉하는 외주면에는 각각 오링이 장착되는 중공된 실링관체, 상기 커플링의 둘레에 접촉하며 회전 가능하고, 그 회전 축의 둘레에 배치되는 피스톤들의 신축 자동에 따라 어느 한 상기 작동유로에 작동유를 유입시키는 피스톤하우징, 상기 피스톤하우징에 고정되어 상기 피스톤하우징을 회전시키는 샤프트 및 상기 샤프트가 외부로 돌출되게 결합되며 상기 상부케이스에 결합되는 하부케이스를 포함하는 헬름 펌프를 제시한다.

여기서 상기 실링관체의 내주면에는 상기 커플링의 체크볼을 탄성있게 밀어주는 스프링의 단부를 지지하는 단턱부가 돌출되게 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상부케이스와 커플링의 기밀성능이 향상됨에 따라 내부 부품의 마모로 인해 커플링을 지지하던 가압력이 줄어들더라도 작동유의 정상적인 유동이 이루어져 높은 작동 신뢰성을 발휘할 수 있게 된다. 또한 체크밸브를 구성하는 스프링의 안정적인 지지가 이루어짐에 따라 체크밸브의 안정된 작동이 보장된다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헬름 펌프의 사용 상태를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 헬름 펌프의 주요 구성을 분해하여 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헬름 펌프의 부분 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 실시예에 채용된 실링관체의 부분단면을 나타낸 사시도.
도 5는 도 3의 A부분을 확대하여 나타낸 단면도.
도 6은 도 3의 B부분을 확대하여 나타낸 단면도.
도 7은 종래의 기술에 따른 헬름 펌프를 개략적으로 도시한 단면도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 헬름 펌프의 구성, 기능 및 작용을 설명한다. 단, 실시예들에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 도면번호는 통일하여 사용하기로 한다.

첨부된 도면은 본 발명의 적용된 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 통하여 제한 해석해서는 아니된다. 이 기술분야에 속하는 전문가의 견지에서 도면에 도시된 일부 또는 전부가 발명의 실시를 위하여 필연적으로 요구되는 형상, 모양, 순서가 아니라고 해석될 수 있다면, 이는 청구범위에 기재된 발명을 한정하지 아니한다.

도 7에는 본 발명 이전에 개발된 헬름 펌프의 개략적인 구성을 나타낸 것이다. 헬름 펌프(100)의 케이싱(110) 내부에는 작동유가 채워지며, 조향 핸들과 결합되는 샤프트(1)가 후방으로 돌출되어 있다. 이 샤프트(1)는 키로 피스톤하우징(2)과 결합되며, 피스톤하우징(2)은 샤프트(1)와 함께 조향핸들의 회전에 따라 함께 회전하게 된다.

피스톤하우징(2)에는 압축스프링(22)에 의해 탄성지지되는 복수의 피스톤(23)이 장착되고, 이들 피스톤(23)은 피스톤하우징(2)의 둘레를 따라 방사상으로 배치된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 피스톤하우징(2)에는 6개의 피스톤이 장착되는 실린더홈(21)이 형성되어 있다.

피스톤하우징(2)에서 탄성적으로 돌출되는 피스톤(23)의 선단부는 하부케이스 내에 경사면을 가지는 스러스트베어링(201)에 의해 지지된다. 이 스러스트베어링(201)은 하부케이스의 내부에 고정되어 있다. 피스톤하우징(2)이 회전할 때에 압축스프링(22)에 의해 돌출되려는 각 피스톤(23)이 스러스트베이링의 경사면을 타고 이동하면서 신축 운동하게 된다.

샤프트(1)의 회전에 따라 압축되는 피스톤(23)에 의해 피스톤하우징(2)의 실린더홈(21)에 머물던 작동유는 중앙의 커플링(3)으로 유입된다. 커플링(3)의 내부에는 한 쌍의 나란한 작동유로(31)가 형성되어 있고, 이 작동유로들 중 어느 한 작동유로로 작동유가 들어옴에 따라 상부케이스(10) 내의 스풀(101)을 직선 운동하여, 한 쌍의 포트(102) 중 하나로 작동유가 유출되게 작동한다.

헬름 펌프를 제작함에 있어, 케이싱(110)은 피스톤하우징(2)과 샤프트(1)가 결합되는 하부케이스(20)와, 스풀(101)과 포트(102)가 장착되는 상부케이스(10)가 조립되어 형성된다. 상부케이스(10)에는 스풀(101)이 작동하는 큰 홀을 형성하여 두고, 이 홀과 연통되며 하부케이스(20)의 내부와 연통되는 유입유로(103)이 형성되어 있다.

피스톤하우징(2)에서 전달된 작동유가 스풀(101)로 이동되는 통로는 커플링(3)이 담당한다. 이 커플링(3)은 스풀과 연통된 유입유로에 맞추어 내부에 작동유로(31)를 형성하고 있다. 커플링(3)은 키로 상부케이스(10)의 내면에 고정된다.

포트로 유출되는 작동유가 통과하는 통로 중 일부를 담당하는 커플링(3)은, 온전한 작동유의 유동을 위해 상부케이스(10)의 내면에 기밀되게 고정할 필요가 있다. 이를 위해 샤프트(1)가 피스톤하우징(2)을 상부케이스(10)를 향하여 가압하고, 다시 피스톤하우징(2)이 커플링(3)을 상부케이스(10)를 향하여 가압하도록 구성하고 있다. 견고한 밀착을 위해 하부케이스(20)의 샤프트홀 주변에 샤프트(1)를 상부케이스(10)를 향해 가압하도록 복수의 와셔(11)를 끼워 넣어, 샤프트(1)가 상부케이스에 강하게 밀어주게 구성한다. 또한 커플링(3)과 상부케이스(10)의 접촉면에는 작동유로의 둘레를 따라 오링(33)을 설치하고 있다.

그러나 조향핸들의 회전에 따라 샤프트(1)와 와셔(11)에는 지속적인 마찰이 있으며, 이로 인해 와셔(11)와 그 주변의 마모가 진행된다. 오랜 사용의 결과 와셔(11) 부위가 마모되면서, 샤프트(1), 피스톤하우징(2), 커플링(3)으로 이어지던 가압력은 줄어들게 된다. 따라서 커플링(3)의 작동유로를 거쳐 상부케이스(10)로 이동하는 작동유에 의해 상부케이스(10)와 커플링(3)의 간격이 쉽게 벌어지고, 피스톤(23)에 의해 가압된 작동유가 포트로 제대로 배출되지 아니하는 지경에 이르게 된다. 그에 따라 헬름 펌프의 온전한 작동이 보장되지 않게 된다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 헬름 펌프와 관련된다.

본 발명의 실시예에 따른 헬름 펌프(100)의 케이싱(110)는 상부케이스(10)와 하부케이스(20)가 조립된 것이다. 상부케이스(10)에는 한 쌍의 포트(102)가 형성되어 있고, 하부케이스에 장착된 샤프트의 회전에 따라 어느 한 포트를 통해 작동유가 유출된다.

상부케이스(10)의 내부에는 어느 한 포트로 작동유가 배출되도록 하는 스풀이 구비되며, 이 스풀은 작동유가 배치된 좌우 방향에 따라 형성된 공간 내에서 이동하면서 포트를 개방시킨다.

상부케이스(10)에는 스풀이 직선 운동하는 공간에 연통되는 유입유로들(103)이 형성되어 있다. 이 유입유로들(103)은 스풀이 직선 운동하는 공간의 길이 방향에 따라 형성되어 있다.

커플링(3)은 유입유로들(103)이 형성된 상부케이스(10)의 내면에 접하도록 설치되며, 유입유로들(103)과 연통되는 한 쌍의 작동유로(31)가 형성되어 있다. 각 작동유로(31)는 일렬로 형성된 유입유로들(103)에 각기 연통됨에 따라, 작동유로(31)를 통해 유입된 고압의 작동유로 인하여 스풀이 직선운동하며 포트를 개방시키게 된다. 여기서 스풀의 작동에 따른 포트의 개방 작동은 도 7에 도시된 이전에 개발된 헬름 펌프(100)의 스풀(101)의 작동과 사실상 동일한 것으로 자세한 설명은 생략한다.

피스톤하우징(2)은 커플링(3)의 둘레에 접촉하면서 회전 가능하다. 피스톤하우징(2)에는 복수의 실린더홈(21)이 형성되어 있고, 이 실린더홈들(21)은 커플링(3)을 중심으로 방사상으로 배치되어 있으며, 각 실린더홈(21)의 내부에는 압축스프링(22)에 의해 탄성지지되는 피스톤(23)이 결합되어 있다.

커플링(3)의 후단부가 삽입되는 피스톤하우징(2)의 내주면을 향하여 각 실린더홈(21)에서 연장되는 홀(211)이 형성되어 있다. 또한 커플링(3)의 외주면에는 피스톤하우징(2)의 내주면에 형성된 홀(211)의 위치에 대응하여 각 작동유로(31)와 연통되는 측면홀(311)이 형성되어 있다. 따라서 피스톤하우징(2)의 회전에 따라 측면홀(311)과 피스톤하우징 내주면의 홀(211)이 연통되면서, 피스톤(23)에 의해 가압된 작동유가 커플링(3) 내로 유입할 수 있게 된다.

피스톤하우징(2)에는 샤프트(1)가 키에 의해 결합되어, 샤프트(1)의 회전과 일체로 피스톤하우징(2)이 회전된다. 하부케이스(20)의 아래로 빠져나온 샤프트(1)에는 조향핸들이 결합된다.

한편 상부케이스(10)의 내면에 접하는 커플링(3)은 피스톤하우징(2)으로부터 전달된 작동유를 포트(102)로 전달하기 위하여, 상부케이스(10)에 대해 회전하여서는 아니된다. 이를 위해 커플링(3)은 상부케이스(10)와 키(35)에 의해 회전 불가능하게 결합된다.

상부케이스(10)의 내면과 커플링(3)의 접촉 부위에는 실링관체(4)가 장착된다. 실링관체(4)는 도 4에 도시된 바와 같이, 대략 원통형 관의 형태로, 외주면에는 오링이 장착되는 한 쌍의 장착홈(41)이 이격되게 형성되어 있다.

또한 실링관체(4)의 내주면에는 후술하는 커플링(3)의 체크볼(33)을 탄성 지지하는 스프링(32)의 단부가 지지되는 단턱부(42)가 형성되어 있다. 이 단턱부(42)는 도시하지 않은 다른 실시예에서 생략될 수도 있다.

다시 도 3과 도 5를 참고하면, 실링관체(4)는 상부케이스(10)의 유입유로(103)에 일단부가 삽입되며, 나머지 타단부는 커플링(3)의 작동유로(31)에 삽입된다. 도시된 바와 같이 통상적인 유입유로(103)와 작동유로(31)의 내경에 비하여 실링관체(4)의 외경을 크게 제작하고, 이를 장착하도록 유입유로(103)와 작동유로(31)에 대해 카운터 보링(counter boring)하여, 실링관체(4)가 삽입될 장착자리를 형성한다. 도시된 바와 같이 유입유로(103)의 장착자리 각각에는 스풀이 작동하는 공간과 연통되는 홀들이 형성되어 있다.

실링관체(4)의 일단부는 유입유로(103)의 장착자리에 삽입되고, 나머지 타단부는 커플링(3)의 작동유로(31)에 형성된 장착자리에 삽입된다.

도면에서 실링관체(4)의 외주면 상부에 구비된 오링은 유입유로(103)의 내벽면과 실링관체(4) 사이에 개재되고, 실링관체(4)의 외주면 하부에 구비된 오링은 작동유로(31)의 내벽면과 실링관체(4) 사이에 개재되어 작동유의 누출을 방지하게 된다.

구체적으로 도시하지 않았으나 본 발명의 실시예는 도 7에 도시된 바와 마찬가지로, 하부케이스(20)와 와셔(11)에 지지되는 샤프트(1)가 피스톤하우징(2)을 상부로 가압하고, 다시 피스톤하우징(2)의 상단부에 의해 가압되는 커플링(3)이 상부케이스(10)의 내면에 가압되는 구성을 채택할 수 있다.

도 7에 도시된 종래에 개발된 발명과 대비하여 보면, 종래에는 와셔(11) 등의 마모에 의해 커플링(3)을 상부케이스(10)의 내면으로 밀어주는 가압력이 저감되면, 커플링(3)과 상부케이스(10)의 내면 사이에 틈이 쉽게 발생하고, 이 틈을 통해 작동유가 누출되기 쉬운 것이나, 본 발명의 실시예에서는 실링관체(4)에 의해 이러한 문제가 해소된다.

구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 헬름 펌프가 오랜 기간 사용에 따른 마모 등을 이유로 커플링(3)을 상부케이스(10)의 내면으로 밀어주는 가압력이 저감되더라도, 실링관체(4)의 오링들이 여전히 상부케이스(10)의 유입유로(103)의 내벽면과 작동유로(31)의 내벽면에 온전히 개재되어 있음으로써 작동유의 누출 방지 효과가 그대로 유지된다. 이는 실링관체에 의해 기밀이 이루어지는 오링의 작용 방향이 샤프트(1)와 피스톤하우징(2)으로부터 제공되는 가압력의 제공 방향인 도면의 상하 방향이 아니라, 수직 방향으로 나란히 놓은 실링관체(4)의 외주면과 유입유로(103)의 내주면(또는 작동유로(31)의 내주면) 사이에서 이루어지기 때문이다. 따라서 샤프트(1)와 피스톤하우징(2)으로부터 전달된 가압력이 완전히 사라지더라도, 여전히 실링관체(4)의 기밀 효과가 유지된다.

또한 실링관체(4)는 상부케이스(10)와 커플링(3)의 접촉면 사이에 한 쌍이 위치함에 따라 커플링(3)이 상부케이스(10)를 상대로 회전하지 않게 되어, 실링관체(4)가 키의 기능을 수행한다.

다시 도 3을 참고하면, 커플링(3)의 작동유로(31)에는 체크밸브가 구비된다. 이 체크밸브는, 조향핸들이 급격히 회전됨에 따라 피스톤이 실린더홈에서 후퇴하면서 작동유로(31) 내의 압력이 설계기준 이하로 낮아질 때에 개방되어 지나친 압력구배를 해소하는 것이다. 체크볼(33)은 커플링(3)의 최하단부에 위치하고, 작동유로(31) 내부에 설치되는 스프링(32)에 의해 가압된다.

실링관체(4)의 내주면에 단턱부(42)를 돌출되게 형성하여 체크볼(33)을 탄성 있게 멀어주는 스프링(32)의 단부가 지지되게 한다. 이 단턱부(42)에 의해 스프링(32)은 안정적으로 지지되어, 체크볼(33)의 작동이 안정적으로 이루어지게 된다.

실링관체(4)의 내부에 형성된 단턱부(42)에까지 이른 스프링(32)은, 도 7에 도시된 구성에 비하여 스프링(32)의 길이를 더 길게 하여 체크볼(33)의 더욱 안정적인 작동이 가능해진다.

한편 도 3과 도 6을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 헬름 펌프(100)는 작동유가 포트(102)를 통과하는 유로 상에 설치되어 있고, 상기 포트를 통해 회수되는 작동유의 과압 시에 개방되어 작동유를 하부케이스(20)의 내부로 유입되게 하는 안전밸브(5)가 구비된다.

도 1을 참고하면, 헬름펌프(100)의 사용 중에 파랑이 방향타(300)를 크게 충격할 수 있고, 이 충격은 조향 실린더(200)를 거쳐 헬름펌프(100)로 전달된다. 이 경우 충격은 포트들을 통해 유출되거나 회수되던 작동유의 압력을 크게 상승 시키고, 그 결과 스풀 등 상부하우징에 구비된 구성부품의 손상을 야기할 수 있다.

안전밸브(5)는 스풀이 작동하는 홀과 하부케이스(20)의 내부를 연통하도록 상부케이스에 홀을 형성하고, 이에 설치된다. 안전밸브는 양 포트 각각에 설치되어, 어느 한 포트에서 발생되는 작동유의 과압을 해소한다.

도 7에는 안전밸브(5)의 상세한 도면이 제시되어 있다.

안전밸브(5)는 평상시에 홀을 막는 볼(51)과, 볼을 받치는 가이드(52), 홀의 후단부에 나사체결되며 중앙에 작동유가 유출되는 통과홀(531)이 형성되는 나사체결부(52), 상기 가이드(52)와 나사체결부(52) 사이에 개재되어 볼을 밀어주는 지지스프링(54)을 포함한다.

여기서 가이드(52)는 지지스프링(54)의 외주면 둘레를 따라 도넛의 단면을 가지며, 지지스프링(54)의 길이 방향으로 연장 형성되어 있는 스커트(521)를 구비하고 있다.

이 스커트(521)는 지지스프링의 외주면 둘레를 감싸는 형상으로, 오랜 사용에 따라 지지스프링의 직경이 벌어지면서 탄성이 줄어드는 문제를 해결한다. 즉 지지스프링(54)는 스커트(521)의 내부 공간에서만 탄성 변형하므로, 오랜 사용에 따라 지지스프링(54)의 노화가 발생하더라도, 원통형 스커트(521)의 내부 공간에서만 탄성 변형하므로, 지지스프링의 직경이 늘어나면서 탄성이 저감되는 현상이 발생하지 않게 된다.

100 : 헬름 펌프
110 : 케이싱
10 : 상부케이스 101 : 스풀 102 : 포트 103 : 유입유로
20 : 하부케이스 201 : 스러스트베어링
1 : 샤프트 11 : 와셔
2 : 피스톤하우징 21 : 실린더홈 211 : 홀 22 : 압축스프링 23 : 피스톤
3 : 커플링 31 : 작동유로 311 : 측면홀 33 : 오링 35 : 키
32 : 스프링 33 : 체크볼
4 : 실링관체 41 : 장착홈 42 : 단턱부
5 : 안전밸브 51 : 볼 52 : 가이드 521 : 스커트
53 : 나사체결부 531 : 통과홀 54 : 지지스프링

Claims (2)

1. 작동유가 선택적으로 배출되는 한 쌍의 포트가 형성되어 있고, 내부에 어느 한 포트로 작동유가 유출되게 하는 스풀이 구비되는 상부케이스,
   상기 스풀이 작동하는 공간과 연통된 유입유로들이 형성된 상기 상부케이스의 내면에 접촉하며, 상기 스풀에 작동유를 공급하는 한 쌍의 작동유로가 형성되어 있는 커플링,
   상기 유입유로에 일단부가 삽입되고, 상기 유입유로에 대응하는 상기 작동유로에 타단부가 삽입되며, 상기 유입관로의 내벽과 상기 작동유로의 내벽에 접촉하는 외주면에는 각각 오링이 장착되는 중공된 실링관체,
   상기 커플링의 둘레에 접촉하며 회전 가능하고, 그 회전 축의 둘레에 배치되는 피스톤들의 신축 자동에 따라 어느 한 상기 작동유로에 작동유를 유입시키는 피스톤하우징,
   상기 피스톤하우징에 고정되어 상기 피스톤하우징을 회전시키는 샤프트 및
   상기 샤프트가 외부로 돌출되게 결합되며 상기 상부케이스에 결합되는 하부케이스를 포함하는 헬름 펌프.
2. 제1항에서,
   상기 실링관체의 내주면에는 상기 커플링의 체크볼을 탄성있게 밀어주는 스프링의 단부를 지지하는 단턱부가 돌출되게 형성되어 있는 헬름 펌프.

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