KR20180018346A - 압력 변환기 - Google Patents

Abstract

액체 미디어를 위한 압력 변환기는 선형 거동으로 길이방향 축을 따라 이동될 수 있고 회전 구동기에 의해 회전될 수 있는 피스톤을 포함한다.

Description

압력 변환기{Pressure converter}

본 출원은 2016년 8월 9일에 출원되고 "DEUCKUBERSETZER"라는 명칭의 독일 특허출원 제102016114733.8호의 우선권을 청구하며, 이로써 이 출원의 모든 내용은 모든 목적을 위하여 그 전체가 본 출원의 참조로 통합된다.

본 발명은 도싱 시스템(dosing systems)의 액체 미디어(liquid media)를 위한 압력 변환기에 관한 것이다.

예를 들어 접착제 또는 코팅제와 같은 액체의 비접촉 도포는 현대 제조 공정들에서 불가결한 부분이 되었다. 이것은 공정 동안 작업물 또는 작업물의 요소가 손상되는 것을 방지한다. 접착 촉진제 또는 접착제의 도포, 요소의 언더필링, 또는 LED 포팅(potting)은 그러한 제조 공정의 일부 예들이다. 개별 미디어의 도포는 소위 제트 밸브를 수단으로 하여 접촉 없이 수행된다. 이 경우에 미디어의 개별 방울 또는 스트링은 도싱 밸브로부터 작업물 상으로 작은 거리에서 제트 분사되거나 발사된다.

위에서 설명된 도포에서, 예를 들어 도포된 접착제의 균일한 라인 폭을 담보하기 위해 또는 미디어나 첨가제의 동일한 양을 항상 공급하기 위해, 대부분의 경우에 매우 큰 반복가능성이 요구된다. 일정한 도싱 양을 구현하기 위해, 도싱 양을 변경시킬 수 있는 모든 파라미터들을 제어하고 이들 파라미터를 직접 조절하고 변경하거나 다른 파라미터를 변경하는 것에 의해 보정하는 것이 중요하다.

통상적으로 미디어의 점도를 변화시키는 온도 및 사용되는 도싱 밸브의 다이내믹스(개방 플랭크, 개방 시간, 폐쇄 에지)에 더하여, 또한 미디어 압력은, 압력의 변화가 도싱의 변화를 야기하기 때문에, 도싱에 큰 영향을 주는 파라미터이다. 제트 분사에 적합한 미디어 압력은 미디어의 특성에 크게 의존하여 변할 수 있다. 어떤 미디어의 경우 단지 몇 바(bars)의 압력이 충분하며, 다른 미디어의 경우 예를 들어 50 바의 범위의 압력이 요구된다. 대부분의 제조 플랜트에서 사용 가능한 공기압 공급은 대략 5 내지 6 바의 범위의 공기 압력을 제공한다. 그러나 도싱 동안 더 큰 미디어 압력이 요구되면, 다른 면적을 가지는 피스톤의 도움에 의해 활용 가능한 압력(예를 들어 6바)을 면적 조건에 의해 정의되는 더 큰 압력(예를 들어 1:10의 면적 비율에서 60바)으로의 압력 변환을 적용하는 압력 변환기(pressure converters)가 통상 사용된다.

실제 적용에서, 일정한 인렛 압력에도 불구하고, 그러한 압력 변환기의 초기 압력은 비록 작지만(몇 퍼센트 영역) 매우 정밀한 도싱 장치에 대해서는 여전히 너무 큰 압력 등락(fluctuations)을 가진다는 것이 알려졌다.

본 발명의 목적은 초기 압력에서 감소된 압력 등락을 가지는 액체 미디어를 위한 압력 변환기를 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 제1항의 특징에 의해 달성되며 특히 미디어 챔버로 연결되는 인렛 및 미디어 챔버에서 이어지는 아웃렛뿐만 아니라 선형 거동 시에 길이방향 축을 따라 피스톤 챔버에서 이동 가능한 적어도 하나의 피스톤을 포함하는 액체 미디어를 위한 압력 변환기에 의해 달성된다. 인렛과 아웃렛은 밸브를 구비하며, 선형 구동기가 피스톤을 피스톤 챔버 및 미디어 챔버에서 길이방향 축을 따라 이동시키기 위해 구비된다. 본 발명에 따르면, 피스톤을 길이방향 축을 중심으로 회전시키기 위한 회전 구동기가 추가적으로 구비된다. 본 발명에 따르면, 피스톤이 피스톤 벽 상으로의 피스톤의 접착 마찰을 제거하기 위한 피스톤 챔버 내에서 연속적으로 움직일 때, 압력 변환기에서 아웃렛 압력의 압력 변동의 극적인 감소가 가능하다. 미디어의 도싱이 전형적으로 개별 도싱에서의 연속적인 이송을 야기하지 않고 그 대신에 개별적인 방울 또는 방울의 선이 간헐적으로 배출되기 때문에, 피스톤이 길이방향 축을 따라 균일하게 이동되지 않고 반복적으로 정지 상태로 된다. 이 경우 피스톤은 전형적으로 슬라이딩 마찰력보다 훨씬 큰 피스톤 벽과의 접촉 마찰력을 우선 극복해야 한다. 결과적으로, 상당히 큰 저항이 선형 거동의 초기에 존재하며 피스톤은 접촉 마찰력이 극복될 때 가속된다. 이 거동은 아웃렛 압력의 오르내림(fluctuations) 및 그에 따른 도싱 양의 오르내림을 야기한다.

그러나 본 발명에 따른 장치에 의해, 피스톤의 접촉 마찰력이 제거될 수 있으며 피스톤을 길이방향 축을 중심으로 회전 방향으로 이동시키는 것에 의해 일정한 초기 압력이 달성될 수 있다. 그러한 회전 거동이 피스톤 공간 내에서의 피스톤의 위치에 상관없이 임의의 시간에 피스톤에 가해질 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예가 상세한 설명, 도면 및 종속 청구항에 기술되어 있다.

제1 실시예에 따르면, 피스톤은 선형 이동과는 독립적으로 회전 구동기에 의해 회전될 수 있다. 결과적으로, 비록 피스톤이 길이방향 축으로 선형 이동을 수행하지 않는다고 하더라도, 피스톤은 연속적으로 움직이는 상태를 유지할 수 있으며, 그에 의해 회전 거동 동안 피스톤과 피스톤 벽 사이에 어떠한 마찰력도 일어나지 않게 된다.

다른 유리한 실시예에 따르면, 피스톤은 회전 구동기에 연결되고 피스톤을 회전시키는 피스톤 로드를 가질 수 있다.

다른 유리한 실시예에 따르면, 아웃렛은 액체 미디어의 매우 정확한 도싱을 가능하게 하기 위해 도싱 밸브에 연결될 수 있다.

다른 유리한 실시예에 따르면, 미디어의 연속적인 압력 공급이 가능하도록 하기 위해, 피스톤 및 인렛과 아웃렛을 각각 가지는 미디어 공간을 가지는 두 개의 피스톤 챔버가 구비될 수 있으며, 피스톤은 푸싱 동작 시에 길이방향 축을 따라 이동 가능하다. 왕복 피스톤 이동에 의해, 연속적인 압력 공급이 아웃렛에서 달성될 수 있다. 이 목적을 위해, 다른 유리한 실시예에 따르면, 두 개의 피스톤이 푸싱 길이방향 축으로 이동될 때 미디어의 연속적인 이송이 일어나는 방식으로, 두 개의 피스톤 챔버의 인렛과 아웃렛이 체크 밸브에 의해 서로 연결될 수 있다.

다른 유리한 실시예에 따르면, 공통의 회전 구동기가 양 피스톤을 위해 구비될 수 있으며, 그 결과로 장치는 낮은 비용으로 제조될 수 있다.

다른 유리한 실시예에 따르면, 피스톤 또는 피스톤들에 스트로크 측정 장치를 구비시킬 수 있다. 결과적으로, 한편으로는, 피스톤들의 끝단 위치의 검출이 가능해지고 정확하고 연속적인 피스톤의 거리 측정이 또한 가능하다. 이것이 미디어의 특성 변경(예를 들어, 시간에 따른 점도나 온도의 변화)이 일어나는 공정 동안 도싱 부피가 결정되고 재조정되는 것을 허락한다.

스트로크 측정 장치가 피스톤에 일체화되어 있는 적어도 하나의 자석을 가지면 유리하며, 이는 이에 의해 예를 들어 피스톤 하우징에 일체화되어 있는 홀(Hall) 센서에 의해 비접촉 거리 측정이 수행될 수 있기 때문이다.

본 발명의 추가적인 측면에 따르면, 위에서 설명된 피스톤이 피스톤 내에서 선형 구동기에 의해 길이방향 축으로 이동되고 동시에 회전 구동기에 의해 길이방향 축을 중심으로 회전되는 위에서 설명한 방식의 압력 변환기를 작동시키기 위한 방법과 관련된다. 이 경우, 피스톤이 연속적으로 회전되나 길이방향 축을 중심으로 비연속적으로 이동되면 특히 유리한데, 이는 이 경우 접촉 마찰력이 모든 순간(회전 거동의 시작 및 종료 시점을 제외하고)에 제거될 수 있기 때문이다.

아래에서, 본 발명이 유리한 실시예 및 첨부된 도면을 참조로 예시적으로 설명될 것이다.

도 1은 압력 변환기를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2는 푸쉬-풀(push-pull) 거동으로 작동 가능한 두 개의 피스톤을 가지는 압력 변환기의 기본 개념을 보여준다.

도 1은 피스톤 챔버 내에서 선형 거동으로 길이방향 축을 따라 전후로 이동될 수 있는 피스톤을 포함하는 액체 미디어를 위한 압력 변환기의 제1 실시예를 보여준다. 피스톤(10)은 미디어 챔버(14) 내로 연장되는 피스톤(10)의 제2 단면보다 큰 제1 단면을 피스톤 공간(12) 내에 가진다. 결과적으로, 피스톤 면적들의 비율에 따른 압력 비율이 그 자체로 알려진 방식으로 생길 수 있다.

미디어 챔버(14)는 인렛(16)과 아웃렛(18)을 구비하며, 스위치된 체크 밸브(21, 22)가 인렛(16)과 아웃렛(18)에 구비된다.

피스톤(10)을 피스톤 챔버(12) 내에서 및 동시에 미디어 공간(14) 내에서 이동시키기 위해, 선형 구동기(도시되지 않음)가 두 개의 압력 라인(P1, P2)의 형태로 구비된다. 압력 제어기(도시되지 않음)에 의해 영향을 받는 압력 라인(P1, P2)을 교대로 가압함으로써, 피스톤(10)이 길이방향 축을 따라 선형 거동으로 전후로 이동될 수 있다. 그러나, 당연하게, 예를 들어 스핀들 구동기 또는 다른 구동기와 같은 다른 선형 구동기가 또한 가능하다.

압력 라인(P1)을 가압하여 피스톤(10)이 위로 이동되면, 미디어는 인렛(16)을 통해 미디어 챔버(14)로 흡입될 수 있다. 압력 라인(P2)을 가압하여 피스톤 거동이 반대가 되면, 미디어는 증가된 압력 하에서 체크 밸브(22)를 통해 아웃렛(18)으로 배출된다.

피스톤(10)이 예를 들어 오링(11)에 의해 피스톤 챔버(12) 내에서 밀봉되기 때문에, 피스톤의 선형 거동은 피스톤이 정지 상태에서 이동될 때 접착 마찰에 항상 노출된다. 이 접착 마찰을 제거하기 위해, 본 발명에 따르면, 피스톤(10)을 그 길이방향 축을 중심으로 회전시키는 회전 구동기(20)가 구비된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 회전 구동기(20)는 임의의 원하는 회전 방향으로 회전될 수 있고 피니언(24)을 통해 피스톤 로드를 통해 피스톤(10)에 상대 회전 가능하지 않도록 연결되는 기어 휠(26)을 구동하는 모터(22)를 가진다. 피스톤의 선형 이동 동안, 기어 휠(26)은 피니언(24)을 따라 슬라이딩하고 동시에 피스톤(10)을 회전시킨다.

도 1에 도시된 장치에 의해, 피스톤(10)을 그 길이방향 축을 중심으로 연속적으로 회전시키는 것이 가능하나, 동시에 길이방향 축을 따라 비연속적으로 이동하는 것이 가능하다.

도 2는 압력 변환기의 다른 실시예를 보여주며, 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 이 실시예에서, 두 개의 피스톤(10)이 구비되며, 각 피스톤(10)은 그 자체의 피스톤 챔버(12) 내에서 그 길이방향 축을 따라 상하로 선형적으로 이동가능하며 그 자체의 연관된 미디어 챔버(14)로 삽입되는 각각의 더 작은 피스톤 섹션을 가진다. 두 개의 피스톤의 선형 구동을 위해, 도시되어 있지 않고 중앙 제어 유닛(30)에 의해 구동되는 밸브를 중간적으로 연결시키는 것에 의해 피스톤 챔버(12) 내에서 피스톤의 상측 또는 하측에 압력이 가해질 수 있도록 하는 압력 라인(P1, P2)이 구비된다. 두 개의 미디어 챔버(14)의 인렛(16)과 아웃렛(18)은 피스톤(10)이 푸쉬-풀(push-pull) 모드로 구동될 때 미디어의 연속적인 이송이 발생하는 방식으로 체크 밸브(34)에 의해 서로 연결된다.

도 2가 더 나타내는 바와 같이, 공통의 회전 구동기(20)가 양 피스톤(10)을 위해 구비되며, 이는 공통의 피니언(24)을 통해 피니언을 따라 길이방향 축으로 상하로 이동될 수 있는 두 개의 기어 휠(26)을 구동시키는 전기 모터(22)를 가진다. 기어 휠(26)은, 두 개의 피스톤(10)이 선형 거동 동안 선형 거동과 독립적으로 동시에 회전될 수 있도록, 상대 회전이 가능하지 않게 가이드 로드(28)에 연결된다.

마지막으로, 도 2는 예를 들어 피스톤(10)에 일체로 구비되는 자석과 상호 작용하는 체인에 연결되는 홀 센서(Hall sensor)의 형태인 스트로크 측정 장치(stroke measuring device)(36)를 보여주며, 이에 의해 길이방향 축을 따른 피스톤의 개별 위치가 검출될 수 있다.

도 2에 도시된 압력 변환기는 예를 들어 카트리지와 같은 미디어 레저버에 그 인렛(16)이 유리하게 연결될 수 있으며, 도싱 방식으로 미디어를 도포하기 위해 도싱 밸브에 그 아웃렛(18)이 연결될 수 있다.

Claims (12)

1. 선형 거동으로 길이방향 축을 따라 피스톤 챔버(12)에서 이동 가능한 적어도 하나의 피스톤(10), 미디어 챔버(14)에 연결되는 인렛(16) 그리고 상기 미디어 챔버(14)에서 이어지는 아웃렛(18), 여기서 상기 인렛(16)과 상기 아웃렛(18)은 밸브(21, 22)를 구비하며, 그리고 상기 피스톤(10)을 상기 피스톤 챔버(12)와 상기 미디어 챔버(14)에서 길이방향 축을 따라 이동시키기 위한 선형 구동기를 포함하고,
   상기 피스톤(10)을 상기 길이방향 축을 중심으로 회전시키는 회전 구동기(20)가 구비되는 것을 특징으로 하는 액체 미디어를 위한 압력 변환기.
2. 제1항에서,
   상기 피스톤(10)은 선형 거동과 독립적으로 상기 회전 구동기(20)에 의해 회전 가능한 것을 특징으로 하는 압력 변환기.
3. 제1항 또는 제2항에서,
   상기 피스톤(10)은 상기 회전 구동기에 의해 구동되는 피스톤 로드(28)를 가지는 것을 특징으로 하는 압력 변환기.
4. 앞의 청구항들 중 적어도 하나에서,
   상기 아웃렛(18)은 도싱 밸브에 연결되는 것을 특징으로 하는 압력 변환기.
5. 앞의 청구항들 중 적어도 하나에서,
   각각 피스톤(10) 및 인렛(16)과 아웃렛(18)을 가지는 미디어 챔버(14)를 각각 가지는 두 개의 피스톤 챔버(12)가 구비되고, 상기 피스톤(10)은 푸싱 동작 시에 상기 길이방향 축을 따라 구동될 수 있는 것을 특징으로 하는 압력 변환기.
6. 제5항에서,
   상기 두 개의 미디어 챔버(14)의 상기 인렛(16)과 상기 아웃렛(18)은, 미디어의 연속적인 이송이 푸쉬 작동에서 구동되는 상기 피스톤(10)에 의해 일어나도록, 체크 밸브(34, 36)에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 압력 변환기.
7. 청구항 제5항 또는 제6항 중 적어도 하나에서,
   공통의 회전 구동기(20)가 상기 양 피스톤(10)을 위해 구비되는 것을 특징으로 하는 압력 변환기.
8. 앞의 청구항들 중 적어도 한 항에서,
   상기 피스톤 또는 피스톤들(10)은 스트로크 측정 장치(36)를 구비하는 것을 특징으로 하는 압력 변환기.
9. 제8항에서,
   상기 스트로크 측정 장치(36)는 상기 피스톤(10)에 일체화되어 있는 적어도 하나의 자석을 가지는 것을 특징으로 하는 압력 변환기.
10. 선형 거동으로 길이방향 축을 따라 피스톤 챔버에서 이동 가능한 적어도 하나의 피스톤, 미디어 챔버에 연결되는 인렛 그리고 상기 미디어 챔버에서 이어지는 아웃렛 챔버, 여기서 상기 인렛과 상기 아웃렛은 밸브를 구비하며, 상기 피스톤을 상기 피스톤 챔버와 상기 미디어 챔버에서 상기 길이방향 축을 따라 이동시키기 위한 선형 구동기, 그리고 상기 피스톤을 상기 길이방향 축을 중심으로 회전시키는 회전 구동기를 포함하는 액체 미디어를 위한 압력 변환기를 구동하는 방법으로서,
    상기 피스톤은 상기 피스톤 챔버 및 상기 미디어 챔버에서 상기 선형 구동기에 의해 길이방향 축을 따라 이동되고 동시에 상기 길이방향 축을 중심으로 상기 회전 구동기에 의해 회전되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제10항에서,
    상기 피스톤은 연속적으로 회전되나 상기 길이방향 축을 중심으로 비연속적으로 이동되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제10항 또는 제11항에서,
    상기 아웃렛에서 배출되는 액체 미디어는 도싱 밸브로 공급되고 도싱되는 것을 특징으로 하는 방법.
    

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