KR20180123019A - 로터리 피스톤 펌프용 피스톤 - Google Patents

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휴고 포겔상 마시네바우 게엠베하
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Abstract

본 발명은 로터리 피스톤 펌프에 관한 것이며, 상기 로터리 피스톤 펌프는 하우징 내부 공간을 갖는 하우징, 액체가 상기 하우징 내부 공간으로 통해 흘러 들어갈 수 있게 하는 입구 개구, 액체가 상기 하우징 내부 공간으로부터 통해 흘러 나올 수 있게 하는 출구 개구, 상기 하우징 내부 공간 내에서 제 1 회전축을 중심으로 회전하도록 장착된 제 1 로터리 피스톤, 상기 하우징 내부 공간 내에서 제 2 회전축을 중심으로 회전하도록 장착된 제 2 로터리 피스톤을 포함하고, 상기 제 1 로터리 피스톤과 상기 제 2 로터리 피스톤은 서로 맞물려서, 상기 제 1 회전 축과 상기 제 2 회전 축 사이의 영역에서 액체를 변위시키며, 상기 제 1 로터리 피스톤은 다수의 상호 이격된 플레이트들을 포함하는 프레임 배열을 갖는 것 그리고 상기 프레임 배열은 중합체 재료로 적어도 부분적으로 채워지고 적어도 부분적으로 둘러싸인다.

Description

로터리 피스톤 펌프용 피스톤
본 발명은 로터리 피스톤 펌프에 관한 것이며, 로터리 피스톤 펌프는 하우징 내부 공간을 갖는 하우징, 액체가 상기 하우징 내부 공간으로 통해 흘러 들어갈 수 있게 하는 입구 개구, 액체가 상기 하우징 내부 공간으로부터 통해 흘러 나올 수 있게 하는 출구 개구, 상기 하우징 내부 공간 내에서 제 1 회전축을 중심으로 회전하도록 장착된 제 1 로터리 피스톤 및 상기 하우징 내부 공간 내에서 제 2 회전축을 중심으로 회전하도록 장착된 제 2 로터리 피스톤을 포함하고, 상기 제 1 로터리 피스톤과 상기 제 2 로터리 피스톤은 서로 맞물려서, 상기 제 1 회전 축과 상기 제 2 회전 축 사이의 영역에서 액체를 변위시킨다. 본 발명의 또 다른 측면은 상기 타입의 로터리 피스톤 펌프용 로터리 피스톤을 제조하기 위한 방법 및 상기 타입의 로터리 피스톤 펌프용 로터리 피스톤 펌프이다.
로터리 피스톤 펌프는 저점도 또는 고점도 액체에 실질적으로 사용되는 유체 운반 장치이다. 여기서, 로터리 피스톤 펌프는 원리에 따라 작동하여, 2개의 대향하게 회전하는 로터리 피스톤이 상호 이격된 2개의 평행한 축을 중심으로 회전하고, 그렇게 할 때, 서로 체결되어서 각각의 경우에 하나의 로터리 피스톤의 하나의 로터리 피스톤 로브가 다른 피스톤의 2개의 로터리 피스톤 로브 사이의 로터리 피스톤 함몰부에 체결된다. 이러한 방식으로, 2개의 축 사이의 중앙 영역의 액체는 상호 체결 작용에 의해 변위되고, 2개의 회전축 외부의 2개의 외주 영역에서, 2개의 로터리 피스톤 로브 또는 그의 로터리 피스톤 로브 팁(tip)이 하우징 벽에 대한 상기 로터리 피스톤 함몰부 씰의 측면에 위치될 때 회전 피스톤 함몰부에 의해 형성되는 운반 챔버에서 입구 개구로부터 출구 개구로 운반된다.
여기서, 로터리 피스톤 펌프는 2개, 3개 또는 그 이상의 로터리 피스톤 로브를 갖는 로터리 피스톤을 구비할 수 있다.
하나의 특정 응용 분야에서, 로터리 피스톤 펌프는 입자 함유 액체를 운반하는 데 사용된다. 입자 함유 액체의 운반시 문제는 다양한 펌프 구성요소에서 발생되는 높은 수준의 마모이다. 로터리 피스톤 펌프는 입자 함유 액체를 운반하기 위해 다른 펌프 설계보다 근본적으로 더 적합하지만, 여기에는 어떤 경우에는 높은 수준의 마모가 발생할 수 있다.
이러한 마모는 로터리 피스톤 사이에 갇히거나 로터리 피스톤 로브의 외부 단부와 하우징 벽 사이에 갇힌 입자로 인해 발생하며 이로 인해 하우징 벽 또는 로터리 피스톤의 표면에 눌림 자국(indentation)이나 연마 흔적(grinding mark)이 발생한다.
선행 기술에 따르면, 로터리 피스톤은 금속으로 제조되며, 여기에서 낮은 누설률로 효율적인 운반이 가능하도록 그러한 피트 정확도(fit accuracy)를 갖고로 제조된다. 입자 함유 액체의 운반 중에 마모 영향을 해소하기 위해 로터리 피스톤에는 표면의 고무 층이 장착되는 것으로 알려져 있다. 이 수단의 기초가 되는 효과는, 고무 층으로 인해, 로터리 피스톤들 사이에서 또는 로터리 피스톤 로브와 하우징 사이에 갇히게 되는 입자들이 공정에서 영구적인 또는 극심한 손상을 겪지 않고도 그 고무화된 표면내로 간단한 탄성 또는 플라스틱 변형에 의해 관통하는 것을 허용하기에 다소 적합하다. 이러한 방식으로, 깊은 눌림 자국, 마모 자국 및 다른 마모 효과의 형성이 방지될 수 있으며, 입자 함유 액체의 운반의 로터리 피스톤 펌프의 마모 특징은 개선될 수 있다.
그러나 이러한 디자인의 로터리 피스톤에는 여러 가지 문제가 있다. 첫째로, 그러한 로터리 피스톤 펌프의 작동 중에, 특히 날카로운 모서리를 갖는 입자 또는 큰 입자를 갖는 액체가 운반되고 이들 입자가 여러 번 로터리 피스톤의 고무 층내로 침투한 경우, 고무 층이 분리되어 로터리 피스톤으로부터 이탈할 수 있다는 것이 관찰되었다. 고무 층의 비교적 얇거나 큰 영역의 박리(delamination)의 경우에, 먼저, 고무 층의 보호 효과가 국부적으로 감소되거나 완전히 제거되고, 두 번째로 로터리 피스톤들 사이 및 로터리 피스톤과 하우징 벽 사이의 원하는 밀봉 작용이 더 이상 신뢰성있게 달성되지 않기 때문에 펌프 효율이 감소되는 것이 사실이다. 로터리 피스톤 상의 고무 층의 제조-유도된 수축으로 인해, 로터리 피스톤의 고도의 정밀도 및 피트 정확도는 특히 제조 측면으로부터 신뢰성있게 관리 가능한 수축을 나타내는 얇은 고무 코팅으로 성취된다. 그러나 고무 층의 박리의 문제는 고무 층의 두께를 증가시킴으로써 긍정적으로 영향을 받을 수 있는 것이 관찰되었다. 따라서, 고무 층의 두께를 두껍게 함으로써 박리 효과에 대한 내마모성을 높일 수는 있지만, 동시에 제조 정확도의 관리가능성을 저하하는 점에 있어서 최적화 문제가 있어, 로터리 피스톤의 제조가 증가되거나 또는 로터리 피스톤의 피트 정확도가 감소되어 운반 효율이 저하된다.
본 발명은 이러한 최적화 문제 내에서, 입자 함유 액체를 운반하기 위한 개선된 로터리 피스톤 펌프를 제안하는 목적에 기초한다.
이러한 목적은, 제 1 로터리 피스톤이 다수의 상호 이격된 플레이트를 포함하는 프레임 배열을 갖는 도입부에서 설명한 유형의 로터리 피스톤 펌프에 의해 본 발명에 따라 성취되며, 프레임 배열은 적어도 부분적으로 충전되고 중합체 물질로 적어도 부분적으로 둘러싸인다.
로터리 피스톤 펌프의 로터리 피스톤의 본 발명에 따른 구성에 의해, 종래 기술의 문제점은 로터리 피스톤의 완전히 상이한 내부 구조의 실현을 통해 극복된다. 더 넓거나 더 좁은 두께의 고무 층이 구비된 금속 코어 대신에, 로터리 피스톤은 프레임 배열로서 다수의 상호 이격된 플레이트에 의해 구성된다. 상기 프레임 배열은 중합체 재료로 적어도 부분적으로 둘러싸이고 채워진다. 본 발명에 따른 로터리 피스톤은 특히, 구동 샤프트를 수용하기 위한 중앙 개구 외에, 상기 로터리 피스톤은 공기로 채워진 캐비티를 갖지 않고, 즉, 중합체 재료 또는 플레이트 재료로 채워지도록 설계된다. 플레이트는 바람직하게는 로터리 피스톤의 회전축에 수직 인 그 표면으로 배향되도록 배열된다. 따라서, 플레이트는 대응하는 내측 컨투어 및 대응하는 외측 컨투어를 가짐으로써 로터리 피스톤의 단면 기하학적 구조를 한정한다. 내부 컨투어는 로터리 피스톤의 내부 중앙 개구를 정의하며, 이에 의해 로터리 피스톤이 구동 샤프트 상에 수용된다. 상기 내부 리세스는 토크의 전달을 위해 바람직하게는, 예를 들어 상기 리세스가 기하학적으로 다각형 단면을 가지거나 또는 토크의 포지티브 잠금 전달을 위해 다른 형태로 설계되도록 설계된다. 플레이트가 로터리 피스톤의 내부 중심 개구의 기하학적 구조를 직접적으로 정의하는 것이 바람직하며, 즉 로터리 피스톤의 내부 개구의 영역에서 중합체 재료로 코팅되지 않도록 하여 중합체 재료의 탄성 영향이 없는 구동 샤프트에 관하여 로터리 피스톤의 정의된 각도 위치를 실현하는 것이 바람직하다. 대안적으로, 본 발명에 따른 로터리 피스톤은 내부에 위치된 개구를 갖는 허브를 구비할 수 있으며, 이 허브를 통해 구동 샤프트가 삽입될 수 있거나 다른 방식으로 토크와 관련하여 구동 샤프트에 고정적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 플레이트는 상기 허브의 외부 기하학적 구조에 장착될 수 있는 내부 중앙 개구를 가지며, 바람직하게는 그 위에서 토크 관점에서 고정된다. 하우징 벽 또는 다른 로터리 피스톤과의 접촉과 관련하여 하우징과 플레이트들 사이에서 또는 그 스스로 플레이트들 사이에서 직접적인 접촉을 갖지 않도록 플레이트가 로터리 피스톤의 외부 표면상에 중합체 재료로 완전히 코팅되는 것이 더욱 바람직하다.
플레이트는 바람직하게는 고 강성, 즉 저 탄성 및 중합체 재료보다 높은 강도를 갖는 재료로 형성되는 것이 이해된다. 바람직하게는, 플레이트는 피스톤의 무게를 줄이기 위해 비금속으로부터 제조되거나 또는 비금속을 적어도 부분적으로 포함할 수 있다.
이러한 방식으로 구성된 로터리 피스톤에 의해, 먼저, 다수의 플레이트로 구성된 프레임 배열로서 제공되는 캐리어 재료로 인해, 캐리어 재료와 중합체 재료 사이의 훨씬 더 안정한 연결이 성취되는 것이 사실이다. 종래 기술에 따른 로터리 피스톤의 경우에 중합체 재료와 금속 코어 사이의 경계층의 손상된 지점으로부터 진행하는 본 발명자에 의해 관찰된 분리(disbonding)는, 프레임 배열과 중합체 재료 사이의 경계층이 훨씬 더 큰 영역을 커버하고 또한 축 방향에 수직인 표면으로 실질적으로 형성될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 로터리 피스톤의 구성의 경우에는 더 이상 발생할 수 없다. 이러한 표면 배향은 방사상 외측으로 향하는 원주방향 경계면과 관련하여 그러한 분리 및 박리에 훨씬 덜 민감하다. 본 발명에 따른 로터리 피스톤의 장점은 또한 가교 결합 과정에서 중합체 재료의 수축을 방해하는 프레임 배열에 의한 적절한 차원의 안정화이다. 여기서, 본 발명의 맥락에서, 가교 결합은 새로운 화학 결합의 형성을 통해 분자들이 서로 결합하거나 제 1 유형의 화학 결합을 다른 유형의 화학 결합으로 대체함으로써 변화하는 과정을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 특히, 이러한 가교 결합은 중합 또는 가황(vulcanization)을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따라 추구되는 장점과는 별도로, 본 발명에 따라 설계된 로터리 피스톤은 공지된 유형의 구성의 로터리 피스톤보다 낮은 무게를 가지며, 이에 따라 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프의 전체 중량이 종래의 로터리 피스톤 펌프와 관련하여 감소되는 것이 추가로 발견된다. 추가의 이점은 본 발명에 따른 로터리 피스톤이 중합체 재료의 더욱 큰 부분(fraction)에 유리하게 금속 재료를 덜 사용하여 제조됨으로써 재료비와 관련하여 제조 비용이 감소된다는 것이다.
제 1 바람직한 실시예에서, 다수의 상호 이격된 플레이트가 서로 평행하게 배향되고 및/또는 각각의 경우에 상호 이격된 2개의 인접 플레이트 사이의 간격이 동일하게 제공된다.
기본적으로, 로터리 피스톤을 생산하기 위해 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 플레이트가 사용되며, 이들 플레이트 사이의 중간 공간은 중합체 재료로 상응하게 채워질 수 있다. 기본적으로, 플레이트로 구성된 프레임 배열은 바람직하게는 중합체 재료로 완전히 채워지고, 바람직하게는 로터리 피스톤의 외부 표면이 중합체 재료로 완전히 둘러싸이는 반면 구동 샤프트로부터 로터리 피스톤으로의 힘의 토크 수행 전달 역할을 하는 로터리 피스톤의 내부 개구는 바람직하게는 중합체 재료로 둘러싸이지 않는 것으로 이해된다. 서로 균일한 간격을 갖는 플레이트의 배향에 의해, 플레이트의 서로 동일한 간격으로 체계적으로 단순화된 생산이 성취된다. 플레이트의 평행 배향은 그 사이에 위치한 중합체 재료의 균일한 층 두께를 야기하고, 따라서 중합 또는 가황 공정 또는 다른 가교 결합 효과의 결과로서 로터리 피스톤의 외부 기하학적 구조의 비틀림을 방지한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 스페이서 요소가 각 경우에 2개의 플레이트 사이에 제공되며, 이 스페이서 요소는 플레이트 평면 위의 소정의 높이 이상으로 연장되고, 플레이트 평면으로부터 멀어지는 방향의 단부는 다른 플레이트와, 특히 인접한 플레이트와 접촉하고, 여기서 스페이서 요소는 바람직하게는 플레이트의 일부의 휨 변형에 의해 생성된다. 본 발명에 따른 로터리 피스톤의 제조는 특히, 로터리 피스톤의 프레임 배열을 형성하는 다수의 플레이트가 몰드 내에서 서로에 대해 정의된 위치에 위치되고, 그 다음에 상기 중합체 재료의 채움/둘러싸는 것이 상기 몰드 내에서 수행되는 것에 의해 수행될 수 있다. 여기서, 개별 플레이트들 사이의 간격이 별도의 스페이서 요소들에 의해 또는 플레이트 자체의 기하학적 구조에 의해, 예를 들어 플레이트 상에 형성되거나 2개의 플레이트들 사이에 삽입되는 스페이서 요소에 의해 한정되는 것이 유리하다. 상기 스페이서 요소는 플레이트들 사이의 이격 수단의 기능을 수행한다. 기본적으로 두 플레이트 사이의 단일 스페이서 요소가 이 기능을 수행하고 플레이트를 서로에 대해 정의된 위치에 서로에 대해 정의된 간격을 두어 위치시킬 수 있다. 여기서, 예를 들어 로터리 피스톤의 허브에 대한 상응하는 위치 지지 수단에 의해 로터리 피스톤의 회전축에 대한 플레이트의 위치가 규정될 수 있다. 단일 부재의 스페이서 요소 대신에, 플레이트의 간격 및 가능한 위치 설정의 기능은 예를 들어 2개의 인접한 플레이트들 사이에 삽입된 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 스페이서 요소로 구성된 스페이서 요소와 같은 다중 부분 스페이서 요소를 사용하여 수행될 수 있다. 이 경우, 서로에 대한 플레이트의 규정된 각도 위치, 특히 서로에 대한 플레이트의 평행한 배향이 다중 부분 스페이서 요소에 의해 성취되도록 적어도 3개의 스페이서 요소 피스가 선호된다. 2개의 플레이트 사이에 스페이서 요소를 형성하는 스페이서 요소 피스의 수는 특히 피스톤의 로터리 로브의 수에 대응할 수 있어, 2개, 3개, 4개, 5개 또는 6개의 로브를 갖는 로터리 피스톤의 경우에 대응하여 각각 2개, 3개, 4개, 5개 또는 6개의 스페이서 요소 피스로 이루어진 스페이서 요소가 사용된다. 스페이서 요소는 또한 바람직하게는 플레이트 상에 일체로, 즉 플레이트와 하나의 피스로 형성될 수 있다.
여기서, 스페이서 요소가 플레이트의 일부의 휨 변형에 의해 제조되는 것이 특히 바람직하다. 이것은 스페이서 요소에 대한 바람직한 제조 방법이며, 이는 플레이트가 제조되는 냉간 가공가능한(cold workable) 또는 열간 가공가능한(hot workable) 재료의 경우에 특히 적합하다. 여기서, 특히 플레이트의 한 측에 형성된 웨브(web)는 플레이트 표면에 대해 90°의 각도로 구부러져 스페이서 요소를 구성할 수 있다. 마찬가지로, 플레이트에 양측 상에 연결된 웨브 부분은 변형에 의해 플레이트 평면으로부터 변형되어, 예를 들어 V-형상 컨투어로 플레이트 평면 위로 상승하여 스페이서 요소를 구성할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 플레이트는 금속 재료로 제조된 시트가 되도록 그리고/또는 중합체 재료는 탄력이 있는 탄성 재료로 제공된다. 금속 재료로부터의 플레이트의 제조는 조작력, 특히 구동 샤프트로부터 로터리 피스톤으로의 토크 전달에 필요한 힘을 견딜 수 있는 특히 강인한(robust) 프레임 배열을 허용한다. 시트 형태의 금속 재료로부터 플레이트를 제공하는 것은, 시트 형태의 반가공된 부품 재료로부터 레이저로 구멍을 내거나(punch out) 또는 절단함으로써 플레이트를 특히 저렴하게 제조할 수 있게 하며, 상기 시트의 상응하는 섹션 또는 이에 상응하는 다수의 섹션의 냉간 가공에 의한 스페이서 요소의 생산을 허용한다. 중합체 재료는 특히 중합체 재료에 대한 손상 없이 입자의 탄성이 있는 눌림 자국을 허용하는 탄력이 있는 탄성 재료일 수 있다. 이는 특히 천연 고무를 기초로 한 중합체 재료인 것으로 이해되고, 이것은 이러한 고무 특성과 유사한 다른 재료가 본 발명에 따른 로터리 피스톤에 사용될 수 있지만 가황 공정에 의해 제조된다.
중합체 재료는 가교 결합 상태에서 플레이트들에서 상호 정렬된 개구를 통해 삽입되는 미리 제조된 중합체 구성요소 및 흐를 수 있는 상태에서 플레이트들 및 미리 제조된 중합체 구성요소를 적어도 부분적으로 둘러싸서 고체 상태를 취하도록 가교결합되는 흐를 수 있는 중합체 재료에 의해 형성되는 중합체 재료 부분에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 실시예에서, 중합체 재료는 2개의 상이한 부분에 의해 형성된다. 제 1 부분은 플레이트의 조립 후에 상기 플레이트들의 상응하는 개구를 통과하는 미리 제조된 먼저 가교 결합된 구성요소이다. 상기 미리 제조된 중합체 구성요소는 제 2 중합체 재료 부분으로 둘러싸이므로 플레이트들에 대하여 그 위치에 고정된다. 2개의 부분은 하나의 간섭 중합체 구조를 형성한다. 이런 방식으로 형성되는 로터리 피스톤의 장점은, 먼저, 로터리 피스톤의 큰 중합체 재료 부분이 실현될 수 있으며 다음으로 로터리 피스톤이 프레임 배열 내의 큰 중합체 재료 부분의 가교 결합에 의해 제조되어서 예측 가능한 불량한 수축의 상당량을 보이는 상황을 회피하는 것이다. 대신, 먼저 가교 결합한 중합체 구성요소는 중합체 재료로 프레임 배열 내의 상당량의 부피를 채우도록 사용되며 프레임 배열 내의 작은 부피의 부분만이 가교결합되고 공정에서 수축을 겪는 흐를 수 있는 중합체 재료로 채워지고/둘러싸인다. 여기서, 특히, 미리 제조된 중합체 구성요소 및 중합체 재료 부분은 동일한 중합체 재료로 구성될 경우 특히 바람직하며, 미리 제조된 중합체 구성요소와 미리 제조된 중합체 구성요소를 둘러싸는 중합체 재료 부분 사이의 매우 우수한 결합이 성취된다. 또한, 다수의 미리 제조된 중합체 구성요소는 또한 하나의 로터리 피스톤에서 사용될 수 있는 것이 이해될 것이다. 플레이트는 원주 전반에 분포되는 다수의 개구를 갖는 것이 바람직하며, 플레이트는 예컨대 스포크 휠(spoked wheel)과 유사한 횡단면 기하학적 구조를 가지며 스포크들간에 이로써 생성된 다수의 캐비티는 상응하게 컨투어를 갖는 중합체 구성요소에 의해 채워진다.
추가 선호되는 실시예에서, 중합체 재료와 플레이트들 사이의 기계적 연결은, 접착 본딩에 의해, 플레이트들에서 상기 중합체 재료로 채워지는 개구들 사이의 포지티브 잠금(positive locking)에 의해 또는 상기 플레이트들과 상기 중합체 재료를 함께 클램핑하는 클램핑 요소들을 사용하여 논 포지티브 잠금(non-positively locking) 연결에 의해 제공된다. 중합체 재료와 플레이트들 또는 프레임 배열 사이의 연결을 본 발명에 따른 로터리 피스톤의 구조에서 구현하는데 이용가능한 3개의 주요 메커니즘이 기본적으로 존재한다. 접착 연결은 중합체 재료와 플레이트들 사이에서 직접적으로 실현되어서 이러한 접착 본드를 강화하거나 생성할 수 있고, 프레임 배열은 또한 중합체 재료의 추가 전에 중합체 재료와 상이한 프라이머 또는 접착제로 코팅될 수 있다. 이러한 접착 본드는 특히 이러한 고무 금속 요소의 금속부와 고무 사이의 진동 댐핑 섹터(vibration damping sector)에서 고무 금속 요소에서 사용되는 접착 본드에 상응할 수 있다. 또한, 플레이트들의 개구들과 상기 개구를 통해 나아가는 중합체 재료들 사이의 포지티브 잠금이 성취될 수 있다. 플레이트들의 상기 개구는, 구멍난 플레이트 요소 등과 같은 다른 구조가 이러한 포지티브 잠금 효과에 또한 유리하더라도 예컨대 스포크 휠의 형태인 상기 이미 논의된 플레이트 구조의 방식으로 이러한 목적으로 의도적으로 제공될 수 있다. 마지막으로, 플레이트들과 중합체 재료 사이의 논 포지티브 잠금 연결이 성취되는 것, 즉, 플레이트와 중합체 재료 사이의 마찰력에 의해 성취되는 접착이 수행되는 것이 또한 가능하다. 이러한 접착력에 요구되는 수직력(normal force)은 플레이트들 및 중합체 재료의 클램핑에 의해, 예컨대 축방향으로 함께 상기 2개의 외부 플레이트를 가압하는, 로터리 피스톤의 외부 플레이트들 사이에 제공된 플레이트 평면에 수직인 스크류에 의해 성취될 수 있다. 기본적으로, 이러한 연결 메커니즘 중 단일 메커니즘 또는 이러한 연결 메커니즘들 중 여러 개의 메커니즘이 작용하여 플레이트들과 중합체 재료 사이의 연결을 생성하는 것이 가능하다.
제 2 로터리 피스톤이 다수의 상호 이격된 플레이트들을 포함하는 프레임 배열을 갖는 것이 또한 바람직하며 프레임 배열은 중합체 재료로 적어도 부분적으로 채워지며 적어도 부분적으로 둘러싸인다. 본 실시예에서, 제 2 로터리 피스톤은 제 1 로터리 피스톤과 마찬가지로 다수의 플레이트와 중합체 재료로 구성된 프레임 배열로 구성된다. 기본적으로, 로터리 피스톤 펌프의 제 1 및 제 2 로터리 피스톤이 구조적으로 일치하는 것 그리고 제 2 로터리 피스톤이 또한 상기 논의된 실시예에 상응하게 설계될 수 있는 것이 이해된다.
또한, 제 1 및/또는 제 2 로터리 피스톤은 플레이트에서, 중합체 재료로 채워지지 않는, 개구에 의해 형성되는 내부에 위치된, 비원형 개구를 가질 경우, 그리고, 제 1 및 제 2 로터리 피스톤은 상기 개구에 배열되는 제 1 및 제 2 샤프트 각각에 의해 회전 가능하게 장착될 경우 바람직하다. 로터리 피스톤의 이러한 리세스 또는 개구는 로터리 피스톤이 개구에 관하여 상응하게 합동인(congruent) 샤프트 상에 포지티브 잠금 방식으로 배열되는 것 그리고 상기 샤프트에 의해 회전식으로 설정되는 것을 가능하게 한다. 대안적으로, 플레이트는 예컨대 포지티브 잠금 또는 논 포지티브 잠금 방식으로 샤프트에 결국 고정되는 허브에 포지티브 잠금 방식으로 고정될 수 있다. 리세스 또는 개구는 구동 샤프트로부터 프레임 배열로의 토크의 전달에 결과적으로 영향을 주는 프레임 배열의 플레이트들 내의 상응하는 리세스 또는 개구에 의해 형성된다. 따라서, 예컨대 다각형 리세스가 플레이트 또는 로터리 피스톤에 제공되는 것이 가능하고, 특히 적합한 것은 상응하는 육각형 샤프트 또는 육각형 허브와 상호작용하는 육각형 개구이다. 그러나 포지티브 잠금을 위한 기타 실시예, 예컨대 다른 원형 리세스의 키웨이(keyway)가 또한 기본적으로 가능하며, 이러한 키웨이에는 샤프트 또는 허브의 상응하는 원통형 섹션에 대한 포지티브 잠금을 위해 상응하는 평행 키가 제공된다. 기본적으로, 2개의 로터리 피스톤이 구동 샤프트에 토크를 가하는 방식으로 연결되고 상기 구동 샤프트가 외부 기어링에 의해 동기화될 경우 바람직하므로 2개의 로터리 피스톤은 서로 독립적이되 동기식으로 구동된다. 그러나, 다른 실시예에서, 2개의 로터리 피스톤 중 단 하나가 샤프트에 의해 토크를 가하는 방식으로 결합되고 구동되고 다른 로터리 피스톤이 샤프트에 의해 자체적으로 구동되지 않고도 상기 로터리 피스톤과의 체결에 의하여 동기식 회전으로 설정되는 것이 가능하다. 상기 다른 로터리 피스톤은 결과적으로 회전 가능하게 장착되어야 하므로 여기서 샤프트에 대한 토크의 전달 없는 원형 리세스가 또한 가능하다.
추가 선호되는 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 로터리 피스톤은, 상기 로터리 피스톤들의 외주를 따라 나선으로 연장되는 적어도 2개의 로터리 피스톤 로브를 갖는 것 그리고 상기 플레이트들은 적어도 2개의 로터리 피스톤 로브와 대응하는 기하학적 구조를 가지며, 모든 플레이트들은 기하학적으로 동일하며, 나선형 프로파일은, 상기 플레이트들의 중앙 리세스와 포지티브 잠금 끼워맞춤(positively locking fit)을 갖는 구동 샤프트 또는 허브의 비원형인, 나선형으로 나아가는 외부 컨투어에 의해 실현되거나, 상기 플레이트들은 직선인, 비원형 외부 컨투어를 갖는 샤프트 또는 허브 상으로 밀어 넣어지는(push) 적어도 2개의 세트로 나뉘고, 세트 내의 상기 플레이트들은 대응하는 기하학적 구조를 가지며, 2개의 상이한 세트의 플레이트들은 서로 상이한 기하학적 구조를 가지므로, 중앙 리세스의 비원형 컨투어와 로터리 피스톤 로브 사이의 각도 위치가 2개의 상이한 세트의 플레이트들 간에 상이하다.
기본적으로 로터리 피스톤 로브가 로터리 피스톤의 회전 축에 평행하게 나아가는 축방향으로 배향된 선을 따라 연장하는 것이 가능하다. 통상적으로, 직선으로 나아가는 로터리 피스톤 로브를 갖는 로터리 피스톤 펌프는 통상적으로 운반 동작 동안 진동(pulsation)을 보이고, 이러한 진동은 로터리 피스톤 로브와 하우징 벽 사이에 형성되는 운반 챔버에서 규정된 운반으로 인하여 야기된다. 반대로, 운반의 진동은 로터리 피스톤 로브가 나선형으로 트위스트된 선을 따라 연장할 경우 감소되거나 완전히 제거될 수 있다. 이러한 설계는 2개 이상의 로터리 로브를 갖는 로터리 피스톤, 즉, 3개, 4개 또는 다수의 로브 로터리 피스톤에 특히 적절한데, 이는 이러한 설계의 경우에 로터리 피스톤 로브와 하우징 벽 사이의 챔버의 밀봉이 신뢰 가능하게 성취되기 때문이다. 로터리 피스톤의 컨투어가 프레임 배열에 의해 로터리 피스톤 내로 가능한 멀게 미리 규정된 경우 바람직하다. 이러한 경우에, 이러한 선호되는 실시예에서, 프레임 배열은 로터리 피스톤 로브의 나선형 프로파일을 모사하거나(replicate) 보여야 한다. 본 발명에 있어서, 이것은 2개의 대안적인 실시예에 의해 성취될 수 있다. 먼저, 로터리 피스톤의 프레임 배열을 형성하는 플레이트가 기하학적으로 일치할 수 있다. 그러나, 하나의 플레이트에서 모사된 로터리 피스톤 로브가 2개의 플레이트의 간격과 나선의 기울기(gradient)로부터 계산되는 미리 규정된 각도만큼 그것에 인접한 플레이트의 동일한 로터리 피스톤 로브의 모사(replication)에서 그에 관하여 오프셋되어야 하기 때문에, 플레이트는 이러한 경우에 구동 샤프트 상에서 서로에 관하여 각도 오프셋에 의해 배열되어야 한다. 사용되는 동일한 플레이트들의 경우에, 이것은 마찬가지로 나선 프로파일을 갖는 회전 비대칭 컨투어를 갖는 구동 샤프트 또는 허브의 외부 컨투어에 의해 성취될 수 있다. 구동 샤프트 또는 허브의 외부 컨투어의 이러한 프로파일은 프레임 배열의 플레이트가 동일한 설계가 되며 로터리 피스톤에서 서로에 관하여 각도 오프셋으로 배열되는 것을 가능하게 하므로, 외부 컨투어의 상기 나선형 프로파일은 로터리 피스톤에서 상응하게 합동으로 모사된다. 이러한 배열의 결과는 로터리 피스톤 로브의 나선형 프로파일이고, 로터리 피스톤 로브의 나선의 기울기는 구동 샤프트 또는 허브의 외부 컨투어의 기울기에 상응한다. 본 실시예의 장점은, 비용이 적게 드는 대량 생산의 맥락에서 그의 생산을 허용하는 일치하는 플레이트의 사용이다.
본 실시예에 대한 대안으로서, 2개 이상의 상이한 세트의 플레이트들이 제공되어서 본 발명에 따른 설계에 따라 로터리 피스톤의 프레임 배열을 제공하는 것이 가능하다. 본 실시예의 경우에, 구동 샤프트 또는 허브는 비원형 외부 컨투어를 탑재하되, 이것은 직선 형태, 즉 구동 샤프트의 길이방향 축에 평행하며, 결과적으로 나선형 프로파일을 갖지 않는다. 상이한 기하학적 구조의 플레이트는 상기 구동 샤프트 또는 허브 상으로 밀어 넣어지고, 상기 플레이트들은, 플레이트의 중앙 리세스의 비원형 컨투어에 관하여 로터리 피스톤 로브의 각도 위치가 서로 상이한 것에 있어서 상이하다. 이것은 예컨대 이어지는 생산 공정 및 나선형으로 나아가는 로터리 피스톤 로브를 갖는 로터리 피스톤을 위한 접근을 허용하고: 로터리 피스톤은 3개의 로브 로터리 피스톤으로서 설계되고, 즉, 각 플레이트는 120°의 각도에 의해 서로에 관하여 오프셋되는 3개의 로터리 피스톤 로브를 갖는다. 제 1 세트의 플레이트들은 로터리 피스톤 로브에 관하여 0의 각도 위치에 있는 중앙 원형 리세스에서 키웨이를 탑재한다. 제 2 세트의 플레이트들이 생성되며 로터리 피스톤 로브에 관하여 40°의 키웨이의 각도 위치를 갖는다. 제 3 세트의 플레이트들이 생성되며 키웨이와 로터리 피스톤 로브의 80°의 각도 위치를 갖는다. 이러한 로터리 피스톤의 프레임 배열은, 제 2 세트의 플레이트 및 제 3 세트의 플레이트가 뒤따르는, 제 1 세트의 플레이트, 제 2 세트의 플레이트, 제 3 세트의 플레이트 및 결국 제 1 세트의 플레이트가 각각의 경우에 서로에 관하여 연속적으로 배열되는 것에 의해 구성될 수 있으므로, 플레이트들의 키웨이들은 서로 정렬된다. 이것은 로터리 피스톤 로브의 나선을 야기하고, 이 경우, 이것은 총 6개의 플레이트에 의해 규정된다. 본 실시예의 장점은 구동 샤프트 또는 허브의 단순하고 비용이 적게 드는 제조이며, 이것은 육각형 외표면을 갖거나 외주 표면에서 키웨이를 갖는 종래의 원통형 샤프트 또는 중공 허브로서 설계될 수 있다.
본 발명의 추가 측면은 로터리 피스톤 펌프용 로터리 피스톤의 제조 방법이며, 상기 방법은 다수의 상호 이격된 플레이트들을 제공함으로써 프레임 배열을 형성하는 단계, 흐를 수 있는 상태의 중합체 재료로 상기 프레임 배열을 적어도 부분적으로 둘러싸는 단계 및 상기 중합체 재료를 가교 결합시켜 상기 프레임 배열을 상기 중합체 재료에 연결하는 단계를 갖는다.
본 발명은 저비용 제조에 적절하여, 로터리 피스톤을 위한 금속 재료의 많은 부분을 회피하면서 피트 정확도 및 편리한 마모 및 박리 특성을 성취한다. 중합체 재료로서, 그 기계적으로 고체인 형태로 변화되고 가황에 의해 프레임 배열과 접촉 연결로 배치되는, 예컨대 천연 고무를 기반으로 한 고무 재료와 같이 탄력이 있는 탄성 재료가 특히 사용된다. 방법은 플레이트 상에 형성된 스페이서 요소들에 의해 서로 평행하게 위치되는 플레이트에 의해 개선될 수 있다.
또한, 플레이트들이 시트 금속으로부터 생성되고 스페이서 요소가 예컨대 금속 시트가 하나 또는 3개의 섹션이 휘어지는 것에 의해 2개의 플레이트들 사이에서 형성될 경우 바람직하다.
최종적으로, 본 발명은, 상기 중합체 재료가 상기 프레임 배열의 형성 전에 상기 중합체 재료의 제 1 부분을 가교 결합시켜 중합체 구성요소를 미리 제조하는 단계, 상기 미리 제조된 중합체 구성요소를 상기 플레이트들 내의 상호 정렬된 개구들내에 배열하는 단계, 및 상기 흐를 수 있는 중합체 재료의 상태의 상기 중합체 재료의 제 2 부분으로 상기 플레이트들과 상기 중합체 구성요소를 적어도 부분적으로 둘러싸는 단계 및 고체 상태를 취하도록 상기 중합체 재료의 제 2 부분을 가교 결합시키거나 경화하는 단계에 의해 제조되는 것에 의해 추가로 개선될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 로터리 피스톤 펌프용 로터리 피스톤이며, 이는 다수의 상호 이격된 플레이트들을 포함하는 프레임 배열 - 상기 프레임 배열은 중합체 재료로 적어도 부분적으로 채워지며 적어도 부분적으로 둘러싸임 - 로 구분된다, 상기 로터리 피스톤은 첫째로 저렴하며 두 번째로 높은 피트 정확도를 보이며 프레임 배열로부터 중합체 재료의 긁힘(abrasion), 마모 및 박리에 특히 내성이 있다. 로터리 피스톤은 또한 본 발명에 따른 로터리 피스톤 펌프에 사용되는 로터리 피스톤에 관하여 상기 기재되었던 것과 같이 또한 개선될 수 있다. 또한, 로터리 피스톤은 상기 기재된 타입의 방법에 따라 제조되는 것에 의해 개선될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면에 기초하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 로터리 피스톤의 사시도를 정면으로부터 비스듬하게 도시한다.
도 1a는 중합체 재료가 없는 도 1의 도면을 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 실시예의 사시도를 측면에서 비스듬히 도시한다.
도 2a는 중합체 재료가 없는 도 2에 따른 도면을 도시한다.
도 3은 도 1에 따른 실시예의 정면도를 도시한다.
도 3a는 중합체 재료가 없는 도 3에 따른 도면을 도시한다.
도 4는 도 1에 따른 실시예의 측면도를 도시한다.
도 4a는 중합체 재료가 없는 도 4에 따른 도면을 도시한다.
도 5는 도 1에 따른 실시예의 허브 바디의 측면으로부터 비스듬하게 사시도를 도시한다.
도 6은 도 1에 따른 실시예의 프레임 시트의 정면도를 도시한다.
도 7은 도 1에 따른 실시예의 프레임 시트의 사시도를 도시한다.
도 8은 도 1에 따른 실시예의 스페이서 요소의 정면도를 도시한다.
도 9는 도 1에 따른 실시예의 스페이서 요소의 사시도를 도시한다.
선호되는 실시예로서, 나선(helical line)을 따르는 트위스트된(twisted) 로터리 피스톤 로브(41, 42, 43)를 갖는 3-로브 로터리 피스톤이 도시된다. 기본적으로 본 발명은 직선형 로터리 피스톤 로브 또는 이들과 상이한 기하학적 구조를 갖는 로터리 피스톤 로브 또는 로터리 피스톤 로브를 갖는 로터리 피스톤에 적용 가능하고 2개, 3개, 4개, 5개 이상의 로터리 피스톤 로브를 갖는 로터리 피스톤이 사용될 수 있는 것이 이해된다.
본 발명에 따른 로터리 피스톤은 전형적으로 금속 재료로 제조된 로터리 피스톤 허브(10)를 갖는다. 로터리 피스톤 허브는 평행 키에 의해 구동축에 대한 토크에 관한 고정 연결을 위한 그루브(11)를 갖는 원통형 내부 기하학적 구조를 갖는다. 기본적으로 샤프트에서 허브로 토크를 전달하기에 적합한 다른 샤프트-허브 연결, 예를 들어 다각형 허브의 대응하는 내부 기하학적 구조와 상호 작용하는 다각형 샤프트, 논포지티브 잠금 연결에 의해 샤프트를 허브에 연결하는 원뿔형 연결부, 샤프트와 허브 사이의 맞물림(toothing) 등이 사용될 수 있다. 로터리 피스톤 허브는 120° 피치로 로터리 피스톤 허브의 원주 둘레에 배치되고 로터리 피스톤 허브의 축방향에서, 나선을 따라 원주방향으로 약 60°로 트위스트되는 3개의 로터리 피스톤 로브(41 내지 43)로 둘러싸인다. 기본적으로, 트위스트의 각도의 수가 로브의 수에 따르는 방식으로 선택되어서 로터리 피스톤의 모든 회전 위치에서의 펌프를 통한 역류의 방지 및 누설 없는 펌프 작동 및 진동 없는 동작을 성취해야 한다. 따라서, 2개의 로브 피스톤의 경우에, 90°의 로브의 트위스트, 3개의 로브 피스톤의 경우에, 60°의 로브의 트위스트, 그리고 4개의 로브 피스톤의 경우에, 45°의 로브의 트위스트 그리고 일반적으로 로브의 수로 나누어진 180°의 로브의 트위스트가 접착될 수 있거나 초과하지 않아야 한다.
로터리 피스톤 로브는 그 플랭크(flank)와 팁 및 단부 측면 모두에 중합체 재료로 코팅된다. 상기 중합체 재료는 또한 로터리 피스톤 로브의 내부 공간에 부분적으로 형성되고; 정확한 구성에 대해서는 아래에서 자세히 설명한다.
중합체 재료로서, 특히 가황에 의해 경화된 고무 재료일 수 있는 탄력이 있는 탄성 재료가 사용된다.
도 1a, 도 2a, 도 3a 및 도 4a는 로터리 피스톤 로브와 로터리 피스톤 허브 사이에서 토크에 있어서 강성인 연결을 생성하는 역할을 하는 프레임 구조를 도시한다. 프레임 구조는 기본적으로 로터리 피스톤의 축방향 단면에서의 단면 컨투어에 대응하되 단면 치수보다 작은 치수인 다중 프레임 시트(20a, b, c, d, e)를 포함한다. 따라서, 각 프레임 시트는 3개의 로브(21, 22, 23)를 가지며, 이들은 서로에 대해 120°의 피치로 배열된다. 또한, 각각의 프레임 시트는 중심 리세스(24)를 가지며; 이와 관련하여, 도 6 및 도 7을 참조한다. 상기 중앙 리세스는 프레임 시트와 로터리 피스톤 허브 사이에서 토크에 있어서 고정된 연결을 생성하도록 설계된다. 바람직한 실시예에서, 이것은 리세스가 실질적으로 원형이고 원주에 걸쳐 분포된 3개의 그루브(25)를 갖는 것에 의해 성취되고, 이러한 그루브는 상기 웨브(12, 13, 14)와 포지티브 잠금 방식으로 상호작용하고, 이것은 도 5에 도시된 바와 같이 로터리 피스톤 허브 상에서 상기 그루브에 관하여 합동으로 형성된다. 기본적으로, 프레임 시트와 로터리 피스톤 허브 사이의 토크에 관한 고정된 연결은 상이한 방식으로 구현될 수 있고, 여기에 도시된 실시예에 대안으로, 실시예가 단일 그루브 및 이에 상응하는 단일 웨브를 갖고 형성될 수 있으며, 대안적으로는 다른 연결 유형이 맞물림 등에 의해 구현될 수 있음이 이해된다. 도시된 실시예의 경우에, 프레임 시트 내의 그루브의 원주 길이는 대략 60°에 이르며, 3개의 세트-백(set-back) 원주 부분과 프레임 시트의 중앙 리세스(24)의 3개의 돌출하는 원주 부분의 균일한 분포를 초래한다. 여기서, 그루브형 리세스는 로터리 피스톤 로브의 영역에서 각각의 경우에 배열되어, 로터리 피스톤 로브들 사이의 영역에서 프레임 시트의 적절한 재료 이용 및 슬림한 형태를 허용한다.
각각의 프레임 시트는 또한 각각의 로터리 피스톤 로브에 원형의 리세스(26, 27, 28)를 갖는다. 따라서, 본 발명에 따른 로터리 피스톤의 프레임 시트는 로터리 피스톤의 외부 컨투어를 미리 규정하면서 최대 재료 절약을 나타내고 토크에 관한 고정된 연결이 로터리 피스톤 허브와 관련하여 직접 접촉으로 형성되도록 설계된다.
도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 로터리 피스톤 허브의 원주방향 표면을 따른 축방향 길이 방향에서, 웨브(12, 13, 14)는 로터리 피스톤 로브의 나선형 프로파일에 대응하는 나선을 따라 연장된다. 이에 따라, 바람직한 실시예에 따른 로터리 피스톤의 내부 프레임은 모두 상응하는 설계인 다수의 프레임 시트로 구성될 수 있다. 이러한 바람직한 실시예 외에, 본 발명에 따른 로터리 피스톤의 다른 개선점들이 특정 응용에서 또한 가능하고 유리할 수 있다. 예를 들어, 웨브가 로터리 피스톤 허브 상의 축방향 길이 방향으로 직선형으로 형성되는 실시예가 유리할 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 프레임 시트와 함께, 이러한 개선은 직선형 로터리 피스톤 로브를 갖는 로터리 피스톤을 산출한다. 또한, 상기 유형의 로터리 피스톤 허브가 직선 웨브로 형성되는 경우, 로터리 피스톤 로브의 나선형 프로파일은 교대로 사용되는 상이한 설계의 프레임 시트에 의해 성취될 수 있다. 이러한 상이한 설계는 한편으로는 그루브(25)와 로터리 피스톤 로브 부분(21, 22, 23) 사이의 각도 오프셋이 프레임 시트의 다른 실시예에서 상이하다는 점에 있다. 여기서, 각도 차이는 나선형 프로파일을 따르는 로터리 피스톤 로브의 원하는 기울기(gradient) 및 로터리 피스톤 허브상의 프레임 시트의 축 방향 간격으로부터 발생한다.
특히 도 2a 및 도 4a로부터 명백하게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 로터리 피스톤은 총 10개의 프레임 시트로 구성된다. 이러한 프레임 시트는 로터리 피스톤 허브 상에 배열되어서 로터리 피스톤의 전체 축 방향 길이에 걸쳐 축 방향으로 균일하게 이격된다. 각각의 경우에, 2개의 인접한 프레임 시트는 스페이서 요소를 형성하는 3개의 스페이서 요소(30)에 의해 서로에 대해 위치 설정된다. 스페이서 요소가 3개의 스페이서 요소 피스로 구성되는 대신에, 일부 실시예에서, 조립 공정의 단순성을 위하여 3개의 스페이서 요소 피스가 웨브 등에 의해 서로 연결되는 것에 의해 스페이서 요소가 하나의 피스로 제조되는 것이 유리하다.
스페이서 요소(30)는 도 8 및 도 9에 도시된다. 이들 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 스페이서 요소(30)는 중심 축방향 리세스(31)를 갖는 실질적으로 링 형상의 바디를 갖는다. 스페이서 요소 피스(30)의 단부 측 상에 인서클링 숄더(encircling shoulder)(32)가 형성된다. 상기 숄더(32)의 외경은 프레임 시트에서 원형 리세스(26, 27, 28)의 내경보다 약간 작으며, 이로써 상기 리세스(30)내에서 상기 스페이서 요소(30)의 포지티브 잠금 중심 위치선정을 허용한다. 반대측에서, 스페이서 요소 피스는 평탄한 단부면으로 형성된다. 이것에 대한 대안으로서, 서로에 대해 2개의 인접한 프레임 시트의 규정된 위치설정을 또한 실현하는 대응하는 인서클링 숄더가 대향하는 측 상에 또한 형성될 수 있다. 직선 로터리 피스톤 로브를 갖는 로터리 피스톤에 사용되는 스페이서 요소 피스의 경우, 두 단부 측의 숄더는 이 경우 서로에 대해 동축이 될 수 있고; 스페이서 요소 피스가 로터리 피스톤 로브의 나선형 프로파일을 갖는 로터리 피스톤에 사용되는 경우, 숄더는 서로에 대해 대응하는 편심 오프셋으로 형성되어야 한다.
각각의 스페이서 요소 피스(30)는 하나의 원주방향 섹션에서, 로터리 피스톤 허브의 외부 표면의 반경에 대응하는 반경의 원형 리세스(33)를 더 갖는다. 이러한 방식으로, 스페이서 요소 피스는 로터리 피스톤 허브 상에 직접 놓이고 회전에 대하여 고정될 수있다.
본 발명에 따른 로터리 피스톤은 다수의 프레임 시트(20)를 포함하는 프레임 및 각각의 경우에 2개의 인접한 프레임 시트 사이의 3개의 스페이서 요소 피스(30)로 구성된다. 이러한 구조에 의해, 로터리 피스톤 로브의 컨투어를 형성하고 로터리 피스톤 허브에 포지티브 잠금 연결을 나타내는 견고한 프레임 구조가 제공된다. 프레임 시트는 바람직하게는 금속 재료로 제조되는 것으로 이해되어야 한다. 스페이서 요소 피스는 바람직하게는 중합체 재료로 제조될 수 있다.
로터리 피스톤 허브와 함께 이러한 방식으로 구성되는 프레임 구조는 이후 중합체 재료로 채워져 둘러싸인다. 이러한 채우고 둘러싸는 공정은 특히 3개의 이미 경화된, 예를 들어 가황된 중합체 스트랜드(strand)가 프레임 시트의 개구(26, 27, 28)를 통해 밀어 넣어지도록(push) 수행될 수 있고, 상기 개구의 내경보다 약간 작은 외경을 갖는 탄성 변형가능한 중합체 재료가 이러한 목적으로 사용되어서 상기 개구가 서로에 대하여 엇갈리는(staggered) 나선 프로파일을 따를 수 있는 것이 유리하다. 대안적으로, 미리 제조된 가황가능한 중합체 스트랜드가 개 구내에 삽입되는 것이 가능하고; 이 경우에, 중합체 스트랜드의 가황이 중합체 재료의 나머지의 코팅 또는 둘러싸임의 후속하는 가황 동안 일어난다.
다음에, 미리 제조된 중합체 부분(fraction)이 이미 삽입된 상태로 이와 같이 제조된 프레임 구조는 캡슐화되어 액체 중합체 재료로 둘러싸여 프레임 구조 내의 캐비티가 완전히 채워질 수 있다. 이미 경화되고 가교 결합된 중합체 물질의 큰 부피 부분에 의해, 중합체 재료의 약간의 수축이 가교 결합 과정 중에 발생한다. 액체 중합체 재료에 의한 2단계 캡슐화는 시간 오프셋 방식으로 수행되어서, 제 1 캡슐화 공정에서 프레임 시트의 외경까지 또는 약간 외경 아래로 채우는 것을 실현하며 후속하는 제 2 캡슐화 공정에서 프레임의 둘러싸는 것에 의한 완전한 외부 컨투어를 실현하는 것이 가능하다. 재료 두께는 로터리 피스톤의 전체 치수 및 사용 환경에 따르며, 예컨대, 중합체 재료의 적어도 5mm의 재료 두께는 로터리 피스톤의 외부 컨투어 및 프레임 시트의 외부 에지 사이에서 제공될 수 있다.
그 구성으로 인해, 본 발명에 따른 로터리 피스톤은 높은 토크를 받을 수 있는 강성 구조를 갖는다. 동시에, 금속 재료의 부분이 현저하게 감소되어, 로터리 피스톤의 중량 및 귀중한 시재료의 소비가 상당히 감소된다. 로터리 피스톤의 제조는 동일한 부품을 사용하여 모듈화가 가능하기 때문에 크게 단순화된다. 따라서, 예를 들어, 그 위에 형성되는 웨브의 상이한 기울기 또는 길이를 갖는 상이한 로터리 피스톤 허브의 사용을 통해, 모듈식 시스템에서 로터리 피스톤 로브의 상이한 기울기 또는 상이한 길이의 로터리 피스톤을 제조하는 것이 가능하다.

Claims (21)

  1. 로터리 피스톤 펌프로서,
    - 하우징 내부 공간을 갖는 하우징,
    - 액체가 상기 하우징 내부 공간으로 통해 흘러 들어갈 수 있게 하는 입구 개구,
    - 액체가 상기 하우징 내부 공간으로부터 통해 흘러 나올 수 있게 하는 출구 개구,
    - 상기 하우징 내부 공간 내에서 제 1 회전축을 중심으로 회전하도록 장착된 제 1 로터리 피스톤,
    - 상기 하우징 내부 공간 내에서 제 2 회전축을 중심으로 회전하도록 장착된 제 2 로터리 피스톤을 포함하고,
    - 상기 제 1 로터리 피스톤과 상기 제 2 로터리 피스톤은 서로 맞물려서, 상기 제 1 회전 축과 상기 제 2 회전 축 사이의 영역에서 액체를 변위시키며,
    상기 제 1 로터리 피스톤은 다수의 상호 이격된 플레이트들을 포함하는 프레임 배열을 갖는 것 그리고 상기 프레임 배열은 중합체 재료로 적어도 부분적으로 채워지고 적어도 부분적으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    - 상기 플레이트들은 중합체 재료와 상이한 재료로 형성되고, 바람직하게는 금속 재료로 제조된 시트이거나, 또는
    - 상기 중합체 재료는 상기 플레이트들과 상이한 재료, 바람직하게는 탄력이 있는 탄성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 다수의 상호 이격된 플레이트들은 서로에 대해 평행하게 배향되는 것 그리고/또는 각각의 경우에 상호 이격된 2개의 플레이트 사이의 간격은 동일한 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트들을 서로 미리 결정된 간격으로 홀드하는 스페이서 요소들을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 스페이서 요소들은 상기 플레이트들로부터 분리된 구성요소들이고, 각각의 스페이서 요소는 적어도 2개의 플레이트에 대해 대응적으로 적어도 2개의 플레이트 접합면을 가지는데, 바람직하게는 각각의 플레이트 접합면이 2개, 3개 또는 그 이상의 상호 정렬되고 상호 이격된 플레이트 접합면 부분들로 구성되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    각각의 스페이서 요소는 적어도 2개의 플레이트에 대해 대응적으로 적어도 2개의 스페이서 요소 접합면을 가지며, 바람직하게는 각각의 스페이서 요소 접합면은 2개, 3개 또는 그 이상의 상호 정렬되고 상호 이격된 스페이서 요소 접합면 부분들로 구성되는 것 그리고 각각의 경우에 2개의 인접한 플레이트가 상기 스페이서 요소 접합면을 통해 서로 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프.
  7. 청구항 2, 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 스페이서 요소들은 상기 중합체 재료와 상이하고 특히 상기 중합체 재료의 열팽창 계수의 75% 미만, 바람직하게는 50% 미만에 달하는 열 팽창 계수를 갖는 재료로 형성되고,
    - 상기 스페이서 요소들은 상기 플레이트들과 상이한 재료로 형성되고, 그리고/또는
    - 상기 스페이서 요소들은 중합체 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 스페이서 요소들은 상기 플레이트들 상에 일체로 형성되고, 특히 각각의 경우에 하나의 스페이서 요소가 각각의 경우에 하나의 플레이트 상에 일체로 형성되고, 각각의 플레이트는 상기 플레이트 평면 위에서 미리 결정된 높이에 위치되고, 상기 플레이트 평면으로부터 먼쪽을 향하는 그 단부에서 다른 플레이트, 특히 인접한 플레이트와 접촉하는 적어도 하나의 스페이서 요소 접합면, 바람직하게는 3개의 스페이서 요소 접합면을 가지며, 상기 스페이서 요소(들)는 바람직하게는 상기 플레이트의 일부의 휨 변형에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체 재료는
    - 상기 플레이트들내에 상호 정렬된 개구들을 통해, 가교 결합된 상태로, 삽입되는 사전 제작된 중합체 구성요소 및
    - 상기 플레이트들 및 상기 사전 제작된 중합체 구성요소들을 흐를 수 있는 상태로 적어도 부분적으로 둘러싸고 이후 고체 상태를 취하도록 가교 결합되는, 흐를 수 있는 중합체 재료로 형성되는 중합체 재료 부분에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체 재료와 상기 플레이트들 사이의 기계적 연결은,
    - 접착 본딩에 의해,
    - 상기 중합체 재료로 채워지는 상기 플레이트들 내의 개구들 또는 리세스들의 범위를 정하는(delimit) 플레이트 표면들과 중합체 재료 사이의 포지티브 잠금(positive locking)에 의해 및/또는
    - 상기 플레이트들과 상기 중합체 재료를 함께 클램핑하는 클램핑 요소들에 의한 논-포지티브 잠금(non-positively locking) 연결에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 로터리 피스톤은 다수의 서로 이격된 플레이트들을 포함하는 프레임 배열을 갖는 것 그리고 상기 프레임 배열은 중합체 재료로 적어도 부분적으로 채워지고 적어도 부분적으로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및/또는 제 2 로터리 피스톤이, 상기 플레이트들내에, 상기 중합체 재료로 채워지지 않은 개구에 의해 형성되는 내부에 위치된 비원형 개구를 갖는 것 그리고 상기 제 1 및 제 2 로터리 피스톤이 각각 제 1 및 제 2 샤프트에 의해 각각 회전 가능하게 장착되며, 상기 샤프트가 상기 개구내에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 로터리 피스톤이, 상기 로터리 피스톤들의 외주를 따라 나선으로 연장되는 적어도 2개의 로터리 피스톤 로브(lobe)를 갖는 것 그리고 상기 플레이트들이 적어도 2개의 로터리 피스톤 로브와 대응하는 기하학적 구조를 갖는 것을 특징으로 하며,
    - 모든 플레이트들은 기하학적으로 동일하며, 나선형 프로파일은, 상기 플레이트들의 중앙 리세스와 포지티브 잠금 끼워맞춤(positively locking fit)을 갖는 구동 샤프트 또는 허브의 비원형인, 나선형으로 나아가는 외부 컨투어에 의해 실현되거나,
    - 상기 플레이트들은 직선인, 비원형 외부 컨투어를 갖는 샤프트 또는 허브 상으로 밀어 넣어지는 적어도 2개의 세트들로 나뉘고, 하나의 세트 내의 상기 플레이트들은 대응하는 기하학적 구조를 가지며, 2개의 상이한 세트들의 플레이트들은 서로 상이한 기하학적 구조를 가지므로, 중앙 리세스의 비원형 컨투어와 로터리 피스톤 로브 사이의 각도 위치가 2개의 상이한 세트들의 플레이트들 간에 상이한 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤 펌프.
  14. 로터리 피스톤 펌프용 로터리 피스톤의 제조 방법으로서,
    - 다수의 상호 이격된 플레이트들을 제공함으로써 프레임 배열을 형성하는 단계,
    - 흐를 수 있는 상태의 중합체 재료로 상기 프레임 배열을 적어도 부분적으로 둘러싸는 단계 및
    - 상기 중합체 재료를 가교 결합시켜 상기 프레임 배열을 상기 중합체 재료에 연결하는 단계를 갖는 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 프레임 배열이 상기 중합체 재료로 적어도 부분적으로 둘러싸이기 전에 서로 평행하게 배치되며 그리고 상기 스페이서 요소들에 의해 서로 이격되는 플레이트들에 의해 형성되는 것 그리고 상기 스페이서 요소들이 바람직하게는 상기 중합체 재료에 의해 둘러싸이며 상기 로터리 피스톤의 일부가 되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    각각의 경우에 2개의 플레이트들은,
    - 상기 플레이트들로부터 분리되어 있고 2개의 플레이트들에 대한 접합면을 갖는 스페이서 요소에 의하여, 또는
    - 상기 플레이트들 상에 형성되고 특히 시트 금속으로부터 생성되는 플레이트들에 의해 상응하게, 각 플레이트 상에서 상기 시트 금속의 적어도 하나, 2개 또는 3개의 섹션이 휘어지는 것에 의해 제공되는 적어도 하나, 2개 또는 3개의 스페이서 요소 피스에 의해, 상호 이격되도록 그리고 바람직하게는 서로 평행하도록 위치되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  17. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체 재료는,
    - 상기 프레임 배열의 형성 전에 상기 중합체 재료의 미리 제조된 부분을 가교 결합시켜 블록 중합체 구성요소를 미리 제조하는 단계;
    - 상기 블록 중합체 구성요소를 상기 플레이트들 내의 개구들 또는 리세스들 내에 배열하는 단계;
    - 상기 플레이트들 및 상기 블록 중합체 구성요소를 주조 몰드의 캐비티내에 배열하는 단계,
    - 상기 주조 몰드의 캐비티내로 채워지는 흐를 수 있는 중합체 재료에 의해, 흐를 수 있는 중합체 재료의 상태인 중합체 재료의 흐름 부분으로 상기 플레이트들과 상기 블록 중합체 구성요소를 적어도 부분적으로 둘러싸는 단계 및
    - 상기 주조 몰드의 캐비티내에서 상기 중합체 재료가 고체 상태를 취하도록 상기 중합체 재료의 흐름 부분을 가교 결합시키는 단계에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  18. 청구항 14 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트들을 상기 중합체 재료로 적어도 부분적으로 둘러싸는 것은:
    - 제 1 단계에서, 상기 흐를수 있는 중합체 재료의 제 1 부분이 상기 프레임이 배열되는 주조 몰드의 캐비티내로 채워지고,
    - 후속하는 제 2 단계에서, 상기 중합체 재료의 제 1 부분이 가교 결합되며,
    - 후속하는 제 3 단계에서, 상기 프레임 및 상기 중합체 재료의 가교 결합된 상기 제 1 부분이, 특히 상기 주조 몰드의 캐비티 내로 또는 상기 프레임 및 상기 중합체 재료의 가교 결합된 상기 제 1 부분이 배열되는 다른 주조 몰드의 캐비티내로 상기 흐를 수 있는 중합체 재료의 제 2 부분이 채워지는 것에 의해 상기 흐를 수 있는 중합체 재료의 제 2 부분으로 적어도 부분적으로 둘러싸이는 것으로 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  19. 청구항 14 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트들이 상기 중합체 재료로 적어도 부분적으로 둘러싸이기 전에, 상기 플레이트들은, 특히 상기 플레이트들이 개별적으로 또는 프레임으로서 조립된 상기 플레이트들이 프라이머 용액내로 침지되는 것에 의해, 프라이머 용액에 젖는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  20. 로터리 피스톤 펌프용 로터리 피스톤으로서,
    다수의 상호 이격된 플레이트들을 포함하는 프레임 배열 - 상기 프레임 배열은 중합체 재료로 적어도 부분적으로 채워지며 적어도 부분적으로 둘러싸임 - 을 특징으로 하는 로터리 피스톤.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 로터리 피스톤은 청구항 2 내지 청구항 13 중 어느 한 항의 로터리 피스톤의 특징들 중 하나의 특징을 가지고, 또는 청구항 14 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 로터리 피스톤.
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