KR20200050979A - 냉각 및 윤활 밸브를 구비한 유압 피스톤 - Google Patents

Abstract

유압 피스톤(1)은 실린더(4)와 함께 유압 챔버(5)를 형성하고, 밀봉 수단(16)을 수용하는 원통형 바디(6), 및 간극 공간(32)을 남기도록 거의 유격없이 실린더(4)에 수용되는 원통형 외부 표면(13)을 가지며, 원통형 바디(6)는 피스톤 밸브 액추에이터(22)에 의한 병진 이동에 의해 이동되는 냉각 및 윤활 밸브(2)에 의해 개방 또는 폐쇄될 수 있는 냉각 및 윤활 덕트(7)에 의해 횡단되어서, 유압 챔버(5)에서의 압력이 낮을 때, 유체(11)는 유압 챔버(5)로부터 간극 공간(32)을 향해 유량 교정 오리피스(27)를 통과할 수 있고, 챔버(5)에서의 압력이 높을 때 유량 교정 오리피스를 통과할 수 없다.

Description

냉각 및 윤활 밸브를 구비한 유압 피스톤

본 발명은 냉각 및 윤활 밸브를 구비한 유압 피스톤에 관한 것으로, 상기 피스톤은 예를 들어 축 방향 또는 반경 방향 피스톤을 구비한 펌프 또는 유압 모터의 가변 체적의 유압 챔버를 형성하기 위해 실린더와 협동한다.

축 방향 또는 반경 방향 피스톤을 구비한 유압 펌프 및 모터의 피스톤의 밀봉은 통상적으로 상기 피스톤과 이들이 협동하는 실린더 사이에 작은 직경의 간극(small diametrical clearance)을 남기는 것에 의해 얻어진다. 예를 들어, 상기 간극은 20㎜의 직경을 갖는 피스톤에 대해 20 내지 40㎛의 값을 가질 수 있다. 이러한 작은 직경의 간극은 통상적으로 피스톤과 상기 피스톤이 병진 이동에 의해 그 내부에서 이동하는 실린더 사이에 충분한 중첩이 제공되면 약 3 내지 500 bar의 작동 압력까지 허용 가능한 기밀 레벨(tightness level)을 얻는 것을 가능하게 한다.

피스톤과 그 실린더 사이에 작은 직경의 간극을 제공하는 것은 간단하고 강력한 밀봉 해결책을 구성한다. 또한, 요구되는 높은 가공 정밀도에도 불구하고, 상기 해결책의 제조 비용 가격은 적당히 유지된다.

축 방향 피스톤을 구비한 유압 펌프 및 모터의 피스톤은 통상적으로 상기 펌프 또는 상기 모터가 고정 또는 가변 변위 모터인지에 따라 경사 또는 경사 가능한 플레이트에서 슬라이딩하는 관절식 슈로 끝나는 것에 유의한다. 상기 플레이트가 경사지고 임의의 유압 유체(예를 들어, 오일)에 의해 피스톤 중 임의의 하나에 압력이 가해질 때, 상기 피스톤의 관절식 슈가 상기 플레이트에 가하는 힘은 반응하여 상기 피스톤과 피스톤이 협동하는 실린더 사이에 반경 방향 힘을 생성한다.

상기 반경 방향 힘은 상기 피스톤과 그 실린더 사이의 접촉 압력을 발생시킨다. 상기 압력은 제1 부분에 대해 관절식 슈의 반대편의 상기 피스톤의 단부 레벨에 인가되고, 제2 부분에 대해 경사 플레이트의 방향으로 개방되는 상기 실린더의 말단 레벨에 인가된다.

방금 설명된 유압 펌프 및 모터의 피스톤은 다양한 유형의 에너지 손실에 책임이 있으며, 이는 상기 펌프 및 상기 모터의 총 에너지 효율을 감소시킨다.

상기 에너지 손실 중에서, 우선 유압 유체 누출을 구별한다. 압력의 영향으로 인해, 유압 유체는 실제로 피스톤과 실린더 사이에 남겨진 직경 간극에 의해 형성된 공간을 통해 유압 챔버로부터 배출되고, 그런 다음 경사 플레이트의 방향으로 개방된 실린더의 단부에서 빠져나간다. 더욱이, 그 실린더 내에서 전후진을 수행하는 것에 의해, 피스톤은 피스톤과 상기 실린더 사이에 남겨진 직경 간극의 레벨에서 펌프 효과를 생성하며, 이러한 것이 유압 누출률을 증가시킨다는 것에 유의한다.

피스톤과 실린더 사이에 삽입되는 유압 유체의 전단은 또한 상기 에너지 손실 중에 포함된다. 상기 전단은 펌프 또는 유압 모터의 회전에 대항하는 저항력을 생성한다. 이러한 전단력은 한편으로 유압 유체가 점성이 높을수록, 다른 한편으로 피스톤과 실린더 사이에 남겨진 직경 간극이 작을수록 크게 된다.

마지막으로, 상기 에너지 손실은 또한 피스톤 슈가 경사 플레이트에 가하는 힘으로부터 비롯된다. 상기 힘은 그 실린더 상에서 피스톤에 의해 가해지는 반경 방향 힘을 초래한다. 상기 실린더 내에서 상기 피스톤의 운동과 결합하여, 상기 반경 방향 힘은 에너지 손실을 발생시키며, 에너지 손실은 상기 실린더에서 상기 피스톤이 이동된 거리만큼 곱해진, 상기 피스톤과 그 실린더 사이의 마찰 계수를 곱한 상기 힘의 결과물이다.

상기 내용을 읽을 때 용이하게 이해되는 바와 같이, 유압 펌프 및 모터의 피스톤에 의해 생성된 총 에너지 손실을 감소시키기 위해, 유압 누출을 가능한 제한하고, 유압 유체의 전단으로 인한 손실을 가능한 감소시키고, 피스톤과 그 실린더 사이의 접촉 레벨에서 생성되는 마찰로 인한 손실을 최소화하는 적어도 세 가지 목적을 달성해야만 한다.

그럼에도 불구하고, 이러한 세 가지 목적을 동시에 추구하는 것과 상충되는 다양한 모순이 존재한다.

실제로, 종래의 기술에서, 유압 유체 누출을 감소시키는 것은 피스톤과 그 실린더 사이에 남겨진 직경 간극을 더 감소시키는 것에 의해 일어날 수 없으며, 그 이유는 전단으로 인한 손실이 허용할 수 없을 정도로 증가하곤 하였기 때문이다.

실제로, 전단으로 인한 이러한 증가된 손실은 피스톤과 그 실린더 사이에 남겨진 직경 간극에서 유지되는 보다 적은 체적의 유압 유체에서 방출되는 열의 양을 증가시키곤 하였다. 이러한 상황은 상기 유체의 온도의 급격한 증가를 유발하는 한편, 그 점도를 감소시키곤 하였다. 상기 유체는 그 윤활 특성의 대부분을 상실하고, 이러한 것은 마찰로 인한 손실을 증가시키며, 이는 차례로 직경 간극에서 유지되는 유압 유체에 의해 수용되는 열의 양을 더욱 증가시킬 것이다.

그 결과, 피스톤과 그 실린더 사이에 남겨진 직경 간극에서 유지된 상기 유체의 코크 작용(cokefaction)에 의해 수반된 유압 유체의 국부 온도에서 특정 임계치를 넘어서는 급격한 열 방출 및 급격한 증가가 초래되곤 하였다. 아울러, 피스톤의 온도는 상기 피스톤이 내에서 병진 이동에 의해 이동하는 실린더보다 피스톤이 더욱 빠르게 팽창하는 지점까지 증가하곤 하였다. 이러한 마지막 영향은 상기 실린더에서 상기 피스톤의 이상 정지(seizure)로 이어졌었다.

결과적으로, 특히 전단으로 인한 손실을 감소시키기 위해, 상기 간극이 역으로 증가되어야만 하였기 때문에, 유압 유체의 누출을 감소시키기 위해 피스톤과 그 실린더 사이에 남은 직경 간극을 감소시키는 것은 어려웠었다. 실제로, 전단으로 인한 손실은 상기 간극에 대략 반비례하여 증가한다.

전단으로 인한 손실을 감소시키는 것 외에도, 상기 간극은 증가시키는 것은 피스톤에 의해 그 실린더에 가해지는 반경 방향 힘에 의해 유도되는 마찰로 인한 손실을 또한 감소시키곤 하였다. 실제로, 피스톤과 실린더 사이에 남은 직경 간극에서의 합리적 증가는 특히 (오일의 경우에) 유압 유체의 막이 예를 들어 더욱 두껍게 되곤 하였기 때문에, 그리고 막이 보다 낮은 온도에서 유지되었을 것이기 때문에 상기 피스톤과 상기 실린더 사이의 유체 역학적 윤활 체제의 형성 및 유지를 촉진하였을 것이다.

그러나, 피스톤과 그 실린더 사이의 직경 간극을 증가시키는 것은 이러한 것이 이들 두 부품 사이에서 흐르는 유압 누출에 영향을 미치기 때문에 또한 해결책이 아니다. 상기 누출은 급격히 증가하였을 것이다.

방금 기술된 목적이 그 구현이라는 면에서 모순되기 때문에, 종래 기술에 따른 축 방향 또는 반경 방향 피스톤을 구비한 유압 펌프 및 모터의 피스톤과 실린더 사이의 직경 간극은 한편으로 유압 누출과 다른 한편으로는 오일의 전단 및 기계적 마찰로 인한 손실 사이의 타협에 기인한다.

유압 챔버에 가장 가까운 상기 피스톤의 단부에서, 또는 개스킷이 실린더를 절대로 떠나지 않는 것을 보장하도록 주의를 기울이는 그 중심에서 피스톤 상에 상기 개스킷을 배치하는 것에 의해 이러한 타협을 피하는 것을 가상할 수 있다. 그러므로, 밀봉이 더 이상 간극에 의존하지 않기 때문에 피스톤과 그 실린더 사이에 큰 직경 간극을 갖는 것이 가능하곤 하였다.

임의의 개스킷 또는 밀봉 세그먼트가 갖는 문제점은 불충분한 양의 오일이 피스톤과 그 실린더 사이에 남은 직경 간극에 의해 형성된 공간 내로 도입되기 때문에 피스톤이 더 이상 그 실린더 내에서 충분히 윤활되지 않는다는 점이다.

더욱이, 상기 오일은 누출에 의해 방출된 열, 전단으로 인한 손실 및 마찰로 인한 잔류 손실을 배출하기 위해 지속적으로 교체되어야만 한다. 그러므로, 축 방향 또는 반경 방향 피스톤을 구비한 유압 펌프 및 모터의 피스톤에 기밀한 밀봉을 설치하는 것은 필연적으로 실린더의 건조로 이어지고, 이러한 것은 잠재적으로 상기 실린더에서 피스톤의 이상 정지 및 국부적으로 과잉 온도를 받는 유압 유체의 조기 노화로 이어진다.

더욱이, 특정 펌프 또는 특정 유압 모터가, 유압 챔버 반대편에 위치되고 피스톤과 실린더 사이의 누출률의 결과로서 전체적으로 또는 부분적으로 윤활 및/또는 냉각되는 기계 부품을 포함한다는 것에 유의한다. 그러므로, 피스톤과 그 실린더 사이의 유압 유체의 임의의 누출을 방지하는 것은 예를 들어 인젝터에 의해 오일의 의도적인 공급에 의해 상기 부품을 윤활할 필요성으로 이어질 것이다.

본 발명은 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브를 구비한 유압 피스톤이 그 실시 형태에 의존하여 다음과 같은 것을 가능하게 하는 것이 이들 상이한 문제를 해결하는 목적을 위한 것이다:

피스톤과 그 실린더 사이에 개스킷 또는 밀봉 세그먼트를 장착하기 위한 목적으로, 상기 개스킷은 특히 높은 압력이 유압 펌프 또는 유압 펌프를 수용하는 유압 모터의 유압 챔버에 존재할 때 상기 피스톤과 상기 실린더 사이에 남겨진 직경 간극의 레벨에서 발생하는 유압 유체의 누출을 저지하며, 상기 장착은 종래 기술과 비교하여 상기 실린더에서 상기 피스톤의 적절한 윤활에 더 이상 부정적인 영향을 미치지 않기 위함;

낮은 압력이 유압 펌프 또는 유압 펌프를 수용하는 유압 모터의 유압 챔버에서 존재하는 경우에만 피스톤과 그 실린더 사이의 직경 간극의 레벨에서 높은 누출률의 윤활 및 냉각 오일의 유동을 허용하기 위한 목적으로, 상기 낮은 압력이 예를 들어 통상적으로 "부스트 압력(boost pressure)"으로 지칭되는 압력임;

상기 피스톤과 상기 실린더 사이에 남겨진 직경 간극을 통해 흐르는 유압 유체 누출과 관련된 에너지 손실을 미미하게 증가시키는 것만으로 전단과 마찰로 인한 손실을 최소화하기 위해 피스톤과 그 실린더 사이에 남겨진 직경 간극을 최적화하기 위한 목적;

유압 펌프 또는 유압 펌프를 수용하는 유압 모터의 수율을 상당히 증가시키기 위한 목적;

펌프 또는 펌프를 수용하는 유압 모터의 제조 비용 가격을 미미하게 증가시키기 위한 목적.

임의의 다른 펌프, 모터, 모터 펌프, 잭, 또는 임의의 형태 또는 유형의 장치가 유압식이든 공압식이든 간에, 상기 구성 요소 또는 장치가 본 발명에 따른 상기 피스톤을 유익하게 작동시키는 것을 가능하게 하면, 축 방향 또는 반경 방향 피스톤을 구비한 유압 펌프 및 유압 모터와의 그 사용에 더하여, 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브를 구비한 유압 피스톤은 이들 디바이스 또는 장치와 함께 사용될 수 있음이 이해된다.

본 발명의 다른 특징은 상세한 설명 및 독립항에 직접 또는 간접적으로 종속되는 종속항에 기재되어 있다.

유압 피스톤은, 외부 원통형 표면과 실린더 사이에 간극 공간(interstitial space)을 남기는 방식으로 상기 실린더에 거의 간극없이 수용된 상기 표면을 노출시키는 원통형 바디로 이루어지며, 상기 피스톤은 상기 실린더에서의 병진 이동에 의해 이동할 수 있고 이러한 것으로 가변 체적의 유압 챔버를 형성하고, 상기 피스톤의 제1 단부는 유체의 압력을 수용하기 위해 유압 챔버 내로 이어지는 압축면을 갖는 한편, 상기 피스톤의 타단부는 전달 수단(transmission mean)에 힘을 가하기 위하여 피스톤 지지면을 가진다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은,

외부 원통형 표면 상에 배열되어, 실린더와의 밀봉을 형성할 수 있는 밀봉 수단;

원통형 바디 내에 전체적으로 또는 부분적으로 배열되는 적어도 하나의 냉각 및 윤활 파이프로서, 상기 파이프는 한편으로는 유압 챔버와 직접 또는 간접적으로 연통하는 파이프 입구로 시작하고, 다른 한편으로는 외부 원통형 표면의 레벨에서 직접 또는 간접적으로 개방되는 파이프 출구로 끝나며, 유압 챔버에서 존재하는 압력이 간극 공간에서 존재하는 압력보다 클 때 유체가 상기 입구로부터 출구로 상기 파이프에서 순환할 수 있는 한편, 밀봉 수단이 상기 유체가 상기 입구로부터 상기 출구로 유동하기 위해 원통형 바디의 외부를 통과하는 것을 방지하는, 상기 적어도 하나의 냉각 및 윤활 파이프;

냉각 및 윤활 파이프에 전체적으로 또는 부분적으로 수용되고 상기 파이프에서의 유체의 순환을 각각 허용하거나 방지하기 위해 개방 또는 폐쇄될 수 있는 적어도 하나의 냉각 및 윤활 밸브로서, 상기 밸브는, 유체가 통과하는 것을 가능하게 하기 위하여 냉각 및 윤활 파이프의 내부 또는 단부에 배열된 밸브 접촉 표면으로부터 특정 거리에 있거나 또는 상기 유체의 통과를 방지하는, 상기 표면과의 밀봉 접촉 라인을 형성하기 위해 상기 표면과 접촉 유지될 수 있는 유동 밀봉 시트를 포함하는, 상기 적어도 하나의 냉각 및 윤활 밸브;

폐쇄 및/또는 개방을 위해 냉각 및 윤활 밸브를 조작할 수 있는 방식으로 냉각 및 윤활 밸브에 견고하게 연결된 적어도 하나의 밸브-액추에이터 피스톤으로서, 상기 피스톤은 원통형 바디 내에 또는 상에 배열된 액추에이터 실린더에 거의 간극없이 수용되며, 상기 피스톤은 상기 실린더에서 길이 방향 병진 이동에 의해 이동하고, 유압 챔버에서 존재하는 압력에 노출되는 고압면을 가질 수 있는 한편, 상기 고압면의 반대편에서, 상기 피스톤은 간극 공간 또는 피스톤 지지면 또는 2개 모두와 직접 또는 간접적으로 연통하는 저압 측면을 갖는, 상기 적어도 하나의 밸브-액추에이터 피스톤;

냉각 및 윤활 파이프에서 순환할 수 있는 유체의 최대 유량을 제한하는 적어도 하나의 유량 교정 개구로서, 상기 개구는 유체의 경로에서, 냉각 및 윤활 밸브와 직렬로, 밸브-액추에이터와 병렬로 배치되는, 상기 적어도 하나의 유량 교정 개구;

밸브 접촉 표면으로부터 멀어지게 유동 밀봉을 이동시키는 경향이 있는 적어도 하나의 밸브 복귀 스프링;

밸브 접촉 표면에 대해 유동 밀봉 시트의 최대 분리 거리를 설정하는 적어도 하나의 밸브 정지 스페이서를 포함한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은 밸브-액추에이터 피스톤과 밀봉 접촉 라인 사이에 형성된, 유체를 위한 중간 챔버의 내부에 완전히 또는 부분적으로 수용되는 밸브 복귀 스프링을 포함한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은 원통형 바디에 배열되고 외부 원통형 표면에서 개방된 적어도 하나의 밀봉 그루브에 수용된 적어도 하나의 절단 세그먼트로 이루어진 밀봉 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은 원통형 바디에 배열되고 외부 원통형 표면에서 개방된 적어도 하나의 밀봉 그루브에 수용된 적어도 하나의 가요성 원형 개스킷으로 이루어진 밀봉 수단을 포함한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은 원통형 바디에 배열된 전단 방지 간극 그루브를 포함하며, 상기 그루브는 외부 원통형 표면에서 개방된다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은 베어링 테이퍼를 형성하기 위해 특정 길이에 걸쳐서 점진적으로 감소하는 압축면의 측면에 위치된 원통형 바디의 축 방향 단부의 직경을 포함한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은 베어링 확장부를 형성하기 위해 특정 길이에 걸쳐서 점진적으로 증가하는 유압 챔버의 반대편에 위치된 실린더의 축 방향 단부의 직경을 포함한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은 상기 피스톤의 외부 원통형 표면과 고압면 및 저압 측면 또는 상기 2개의 면 중 어느 하나를 연결하는 밸브-액추에이터 피스톤의 내부에 배열된 유량 교정 개구를 포함한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은 밸브-액추에이터 피스톤과 상기 피스톤이 협동하는 액추에이터 실린더 사이에 남겨진 간극으로 이루어진 유량 교정 개구를 포함한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은 한편으로는 압축면에서, 다른 한편으로는 피스톤 지지면에서 개방되는, 전달 수단의 윤활을 위한 파이프에 의해 그 길이의 방향으로 완전히 관통되는 원통형 바디를 포함한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은 밸브-액추에이터 피스톤 조립체를 형성하기 위해 동일한 재료의 블록으로 만들어진 냉각 및 윤활 밸브와 밸브-액추에이터 피스톤을 포함한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은, 전달 수단과의 밀봉을 형성하는 동안 그 주위에서 슬라이딩될 수 있는 전달 수단의 윤활을 위한 파이프에 의해 축 방향으로 완전히 관통되는 밸브-액추에이터 피스톤 조립체를 포함한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은 전달 수단의 윤활을 위한 파이프에 의해 축 방향으로 완전히 관통되는 밸브-액추에이터 피스톤 조립체를 포함하고, 상기 조립체는 상기 파이프의 일부를 형성한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤은 전달 수단의 윤활을 위한 파이프에 배열된 단부편 수용 실린더와의 밀봉을 형성하는 슬라이딩 밀봉 단부편으로 끝나는 밸브-액추에이터 피스톤 조립체를 포함하며, 상기 밀봉 단부편은 상기 조립체가 상기 파이프에 대해 길이 방향 병진 이동에 의해 이동하는 것을 가능하게 한다.

비제한적인 예인 첨부된 도면을 참조한 다음의 설명은 본 발명, 본 발명을 나타내는 특징 및 입수할 수 있는 장점을 보다 잘 이해하는 것을 가능하게 할 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브를 구비한 유압 피스톤이 장착된 가변-변위 축 방향 피스톤을 갖는 유압 펌프의 개략 단면도이다.
도 2는 그 밸브-액추에이터 피스톤 조립체가 전달 수단과의 밀봉을 형성하는 동안 그 주위로 슬라이딩될 수 있는 전달 수단의 윤활을 위한 파이프에 의해 축 방향으로 완전히 관통되는, 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브를 구비한 유압 피스톤의 개략 단면도이다.
도 3 및 도 4는 유압 챔버에서 존재하는 압력이 낮고 그런 다음 높을 때, 본 발명의 작동을 예시하는 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브를 구비한 유압 피스톤의 개략 단면 상세도로서, 밸브-액추에이터 피스톤 조립체는 한편으로 그 일부를 형성하는 전달 수단의 윤활을 위한 파이프에 의해 축 방향으로 관통되고, 다른 한편으로 상기 윤활 파이프에 배열된 단부편 수용 실린더와의 밀봉을 형성하는 슬라이딩 밀봉 단부편으로 끝난다.
도 5는 본 발명 및 도 2에 도시된 변형예에 따른 냉각 및 윤활 밸브를 구비한 유압 피스톤의 개략 단면 상세도이다.
도 6은 밸브-액추에이터 피스톤의 저압면이 유체의 유동 방향에 대해 밀봉 접촉 라인의 하류에 위치되는, 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브를 구비한 유압 피스톤의 개략 단면도이다.
도 7은 전달 수단의 윤활을 위한 파이프가 없는 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브를 구비한 유압 피스톤의 개략 단면도이다.
도 8은 본 발명 및 도 3 및 도 4에 도시된 변형예에 따른 냉각 및 윤활 밸브를 구비한, 조립된 유압 피스톤의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명 및 도 3 및 도 4에 도시된 변형예에 따른 냉각 및 윤활 밸브를 구비한 유압 피스톤의 분해 사시도이다.

도 1 및 도 9는 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1), 그 구성 요소, 그 변형예, 및 액세서리에 대한 다양한 세부 정보를 나타낸다.

특히, 도 1 및 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 유압 피스톤(1)은 실린더(4)와 외부 원통형 표면(13) 사이에 간극 공간(32)을 남기는 방식으로 실린더(4)에서 거의 간극없이 상기 표면(13)을 제공하는 원통형 바디(6)로 이루어지며, 상기 피스톤(1)은 상기 실린더(4)에서 병진 이동에 의해 이동 가능하고, 상기 실린더와 함께 가변 체적의 유압 챔버(5)를 형성한다.

특히 도 1 및 도 2에서, 유압 피스톤(1)의 제1 단부는 유체(11)의 압력을 수용하기 위해 유압 챔버(5) 내로 이어지는 압축면(10)을 갖는 한편, 상기 피스톤(1)의 타단부는 전달 수단(9)에 힘을 가하기 위한 피스톤 지지면(8)을 가진다.

도 1 내지 도 9는 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)이 외부 원통형 표면(13) 상에 배열된 밀봉 수단(16)을 포함하고, 상기 밀봉 수단(16)은 다소 완벽한 실린더(4)와의 밀봉을 형성할 수 있고, 바람직하게는 유압 챔버(5)에 가까운 외부 원통형 표면(13)의 부분에 배열된다는 것을 도시한다.

밀봉 수단(16)은 외부 원통형 표면(13)의 직경에서의 국부적 증가에 의해 얻어진 간극 공간(32)의 국부적 감소로 간단히 이루어질 수 있다는 것에 유의한다. 상기 증가는 비원통형이고, 예를 들어, 피스톤을 수용하는 실린더(4)에서 관절식인 벌지(bulge) 또는 벌브의 형상을 가정할 수 있다.

특히, 도 2 내지 도 8에서, 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)은 원통형 바디(6)에 전체적으로 또는 부분적으로 배열된 적어도 하나의 냉각 및 윤활 파이프(7)를 포함하고, 상기 파이프(7)는 한편으로는 유압 챔버(5)와 직접 또는 간접적으로 연통하는 파이프 입구(14)로 시작하고, 다른 한편으로는 외부 원통형 표면(13)의 레벨에서 직접적으로 또는 간접적으로 개방되는 파이프 출구(15)로 끝난다.

유압 챔버(5)에서 존재하는 압력이 간극 공간(32)에서 존재하는 압력보다 클 때 유체(11)는 상기 입구(14)로부터 상기 출구(15)로 상기 파이프(7)에서 순환할 수 있지만, 밀봉 수단(16)은 상기 수단(16)이 실린더(4)와의 밀봉을 형성할 때, 상기 유체(11)가 상기 입구(14)로부터 상기 출구(15)로 가기 위해 원통형 바디(6)의 외부를 통과하는 것을 방지한다는 것에 유의한다.

도 1 내지 도 9에서, 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)은, 냉각 및 윤활 파이프(7)에서 전체적으로 또는 부분적으로 수용되고 상기 파이프(7)에서 유체(11)의 순환을 각각 허용하거나 방지하기 위해 개폐될 수 있는 적어도 하나의 냉각 및 윤활 밸브(2)를 포함하는 것으로 도시되어 있다.

본 발명에 따르면, 냉각 및 윤활 밸브(2)는 유동 밀봉 시트(24)를 포함하고, 유동 밀봉 시트는 유체(11)의 통과를 허용하기 위해 냉각 및 윤활 파이프(7)의 내부 또는 단부에 배열된 밸브 접촉 표면(26)으로부터 특정 거리에서 유지되거나 또는 상기 유체(11)의 통과를 방지하는, 상기 표면과의 밀봉 접촉 라인(25)을 형성하기 위해 상기 표면(26)과 접촉 유지될 수 있으며, 상기 라인(25)은 도 4에 도시되어 있다.

특히 도 2 내지 도 9에서, 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)은 폐쇄 및/또는 개방을 위해 냉각 및 윤활 밸브를 조작할 수 있는 방식으로 냉각 및 윤활 밸브(2)에 견고하게 연결된 적어도 하나의 밸브-액추에이터 피스톤(22)을 포함한다는 것에 유의한다. 상기 피스톤(22)은 원통형 바디(6) 내에 또는 상에 배열된 액추에이터 실린더(31)에 거의 간극없이 수용되며, 상기 실린더(31)에서 길이 방향 병진 이동에 의해 이동할 수 있다.

도 3 내지 도 7 및 도 9에서, 밸브-액추에이터 피스톤(22)은 유압 챔버(5)에서 존재하는 압력에 노출되는 고압면(23)을 갖는 한편, 상기 고압면(23)의 반대편에서, 상기 피스톤(22)은 간극 공간(32) 또는 피스톤 지지면(8) 또는 둘 모두(32, 8)와 직접 또는 간접적으로 연통되는 저압 측면(28)을 가진다.

밸브-액추에이터 피스톤(22) 또는 액추에이터 실린더(31)는 상기 피스톤(22)과 상기 실린더(31) 사이에 형성된 밀봉을 향상시키기 위해 당업자에게 공지된 임의의 유형의 개스킷을 포함할 수 있다는 것에 유의한다.

도 2 내지 도 9에서, 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)은 냉각 및 윤활 파이프(7)에서 순환할 수 있는 11의 최대 유량을 제한하는 적어도 하나의 유량 교정 개구(27)를 포함하는 것을 분명히 알 수 있다.

유량 교정 개구(27)는 유체(11)의 경로에서, 냉각 및 윤활 밸브(2)와 직렬로, 그리고 밸브-액추에이터 피스톤(22)과 평행하게 배치되고; 즉, 즉 냉각 및 윤활 파이프(7)에서의 유체(11)의 유동 방향에 대하여, 상기 개구(27)는 냉각 및 윤활 밸브(2)의 전후에 배치되는 반면에, 상기 개구(27)를 통한 유체(11)의 통과는 상기 유체(11)가 상기 피스톤(22)을 우회하거나 통과하는 것을 상기 개구(27)가 가능하게 하는 정도까지 밸브-액추에이터 피스톤(22)의 위치에 의해 조금도 영향을 받지 않는다.

특히, 도 2 내지 도 9에서, 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)이 유동 밀봉 표면(24)을 밸브 접촉 표면(26)으로부터 이격시키는 경향이 있는 적어도 하나의 밸브 복귀 스프링(30)을 포함하고, 상기 스프링(30)은 나선형 스프링, 비틀림 스프링, 인장 스프링 또는 임의의 유형의 탄성 와셔일 수 있으며, 일반적으로 당업자에게 공지된 임의의 유형일 수 있다는 것을 알 수 있다.

동일한 도 2 내지 도 9에서, 특히 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)이 밸브 접촉 표면(26)에 대하여 유동 밀봉 시트(24)의 최대 분리 거리를 설정하는 적어도 하나의 밸브 정지 스페이서(3)를 갖는 것을 알 수 있다.

밸브 정지 스페이서(3)는 특히 냉각 및 윤활 밸브(2) 또는 이와 협동하는 밸브-액추에이터 피스톤(22)의 임의의 구성 부분과 협동할 수 있다. 또한, 상기 정지 스페이서(3)는 예를 들어 액추에이터 실린더(31)에 배열된 그루브에 수용된 서클립(circlip)으로 이루어질 수 있으며, 밸브-액추에이터 피스톤(22)은 상기 서클립과 접촉할 수 있다는 것에 유의한다.

도 1 내지 도 9에 도시된 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)의 변형에 따라, 밸브 복귀 스프링(30)은 밸브-액추에이터 피스톤(22)과 밀봉 접촉 라인(25) 사이에 형성된 중간 유체 챔버(29)의 내부에 완전히 또는 부분적으로 수용될 수 있다는 것에 유의한다.

도 1 내지 도 5 및 도 7 내지 도 9에서, 밀봉 수단(16)은, 원통형 바디(6)에 배열되고 외부 원통형 표면(13)에서 개방된 적어도 하나의 밀봉 그루브(18)에 수용된 적어도 하나의 절단 세그먼트(17)로 이루어질 수 있다는 것에 유의한다.

도 6에 도시된 변형 예에서, 밀봉 수단(16)은 또한, 원통형 바디(6)에 배열되고 외부 원통형 표면(13)에서 개방된 적어도 하나의 밀봉 그루브(18)에 수용된 적어도 하나의 가요성 원형 개스킷(19)으로 이루어질 수 있다.

가요성 원형 개스킷(19)은 예를 들어, 탄성중합체로 만들어진 O 링으로 만들어질 수 있거나, 또는 특히 내마찰 및/또는 내마모 입자의 필러가 있거나 없는 플라스틱 재료로 만들어진 링과 협동하는, 탄성중합체로 만들어진 O 링으로 이루어진 복합 유형일 수 있다는 것에 유의한다.

도 1 내지 도 9는 유리하게 전단 방지 간극 그루브(20)가 원통형 바디(6)에 제공될 수 있고, 상기 그루브(20)가 외부 원통형 표면(13)에서 개방되는 것을 도시한다.

이러한 특정 구성에 따르면, 전단 방지 간극 그루브(20) 전후에 축 방향으로 위치된 외부 원통형 표면(13)의 부분은 정확히 동일한 직경을 가지지 않을 수 있다. 예를 들어, 밀봉 수단(16)을 포함하는 부분은 밀봉 수단(16)이 없는 부분보다 실질적으로 더 큰 직경을 가질 수 있다.

특히 도 3 내지 도 9에서 볼 수 있는 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)의 다른 변형에서, 유압 피스톤(1)이 유압 챔버(5)의 방향으로 실린더(4)에서 발원할 때, 원통형 바디(6)의 축 방향 단부와 상기 실린더(4) 사이의 접촉 레벨에서 상기 단부와 실린더(4) 사이를 침투하도록 유체(11)를 밀어넣는 베어링 테이퍼(21)를 형성하기 위해, 압축면(10)의 측면에 위치된 원통형 바디(6)의 축 방향 단부의 직경이 특정 길이에 걸쳐서 점진적으로 감소될 수 있다는 것에 유의한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤(1)의 이러한 특정 구성은 상기 접촉 레벨에서 유체 역학적 윤활 체제의 확립을 촉진하고, 실린더(4)에서 유압 피스톤(1)의 변위에 의해 발생되는 마찰로 인한 손실을 감소시킨다.

대안적으로 또는 상보적인 방식으로, 도 2는, 유압 피스톤(1)이 유압 챔버(5)의 방향으로 실린더(4)에서 발원할 때, 실린더(4)의 축 방향 단부와 상기 실린더(4) 사이의 접촉 레벨에서 원통형 바디(6)와 상기 단부 사이를 침투하도록 유체(11)를 밀어넣는 베어링 확장부(12)를 형성하기 위해, 유압 챔버(5)의 반대편에 위치된 실린더(4)의 축 방향 단부의 직경이 특정 길이에 걸쳐서 점진적으로 증가될 수 있다는 것을 도시한다.

본 발명에 따른 유압 피스톤(1)의 이러한 특정 구성은 또한 상기 접촉 레벨에서 유체 역학적 윤활 체제의 확립을 촉진하고, 실린더(4)에서의 유압 피스톤(1)의 변위에 의해 발생되는 마찰로 인한 손실을 감소시킨다.

도 2 내지 도 5 및 도 7 내지 도 9에서, 고압면(23)과 저압 측면(28)을 또는 상기 2개의 면(23, 28) 중 어느 하나를 상기 피스톤(22)의 외부 원통형 표면과 연결하는 유량 교정 개구(27)가 밸브-액추에이터 피스톤(22)의 내부에 배열될 수 있다는 것에 유의한다.

대안적으로, 유량 교정 개구(27)는 유리하게 밸브-액추에이터 피스톤(22)과 상기 피스톤(22)이 협동하는 액추에이터 실린더(31) 사이에 남겨진 간극으로 이루어질 수 있다. 더욱이, 상기 개구(27)는 또한 상기 피스톤(22)과 이것과의 밀봉을 형성할 수 있는 임의의 다른 부분 사이에 남겨진 임의의 간극으로 이루어질 수 있다는 것에 유의한다.

특히 도 2 내지 도 6 및 도 8 및 도 9에서 볼 수 있는 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)의 다른 변형에서, 원통형 바디(6)는 한편으로 압축면(10)에서, 다른 한편으로 피스톤 지지면(8)에서 개방되는 전달 수단의 윤활을 위한 파이프(33)가 그 길이의 방향으로 완전히 관통될 수 있다.

전달 수단의 윤활을 위한 파이프(33)는 유체(11)가 유압 챔버(5)로부터, 예를 들어 경사 가능한 플레이트(38)과 협동하는 유압 슈로 이루어질 수 있는 전달 수단(9)으로 전달되는 것을 가능하게 한다.

도 1 내지 9는 냉각 및 윤활 밸브(2)와 밸브-액추에이터 피스톤(22)이 밸브-액추에이터 피스톤 조립체(34)를 형성하기 위해 동일한 재료의 블록으로 제조될 수 있다는 것을 도시한다.

도 5는 밸브-액추에이터 피스톤 조립체(34)가 전달 수단과의 밀봉을 형성하는 동안 그 주위에서 슬라이딩될 수 있는 전달 수단의 윤활을 위한 파이프(33)에 의해 축 방향으로 완전히 관통될 수 있다는 것을 도시한다.

도 3, 도 4, 도 8 및 도 9에 도시된 대안에서, 밸브-액추에이터 피스톤 조립체(34)는 전달 수단의 윤활을 위한 파이프(33)에 의해 축 방향으로 완전히 관통될 수 있으며, 상기 조립체(34)는 상기 파이프(33)의 일부를 형성한다.

이들 동일한 도면에서, 밸브-액추에이터 피스톤 조립체(34)는 유리하게 전달 수단의 윤활을 위한 파이프(33)에 배열된 단부편 수용 실린더(42)와의 밀봉을 형성하는 슬라이딩 밀봉 단부편(41)으로 끝날 수 있고, 상기 밀봉 단부 단부편(41)은 상기 조립체(34)가 상기 파이프(33)에 대해 길이 방향 병진 이동에 의해 이동되는 것을 가능하게 한다.

슬라이딩 밀봉 단부편(41) 또는 단부편 수용 실린더(42)가 상기 단부편(41)과 상기 실린더(42) 사이에 형성된 밀봉을 향상시키기 위해 당업자에게 공지된 임의의 유형의 개스킷을 포함할 수 있다는 것에 유의한다.

발명의 작동:

본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)의 작동은 도 1 내지 도 9를 참조하여 용이하게 이해된다.

도 1은 그 자체로 공지된 가변-변위 축 방향 피스톤(35)을 갖는 유압 펌프에 적용된 유압 피스톤(1)을 도시한다.

상기 펌프(35)의 일부인 변속기 샤프트(36)가 도시되지 않은 구동원에 의해 회전으로 설정될 때, 상기 샤프트(36)는 차례로 작은 실린더(37)를 회전 구동하며, 작은 실린더는 상기 샤프트(36)에 견고하게 연결된다.

상기 펌프(35)의 일부인 경사 가능한 플레이트(38)가 경사질 때, 상기 펌프(35)의 유압 피스톤(1)은 피스톤이 협동하는 실린더(4)에서 전후진 이동을 부수적으로 수행한다. 상기 전후진 이동의 결과로서, 상기 피스톤(1)은 20 bar의 "부스트 압력"으로서 지칭되는 낮은 압력으로 상기 유체(11)가 공급되는 흡입 파이프(39) 내로 유체(11)를 흡입하고, 그런 다음 상기 유체(11)를 전달 파이프(40) 내로 배출하고, 전달 파이프에서 상기 유체(11)는 예를 들어 400 bar의 압력으로 상승된다.

본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)의 작동을 설명하기 위해, 유압 피스톤(1)의 원통형 바디(6)와 피스톤이 협동하는 실린더(4) 사이에 남겨진 직경 간극은 비제한적인 예로서 약 80 내지 100㎛인 것으로 여기에서 가정된다.

이러한 간극이 통상적으로 종래 기술에 따라서 가변 변위 축 방향 실린더(35)를 갖는 유압 펌프의 피스톤과 피스톤이 협동하는 실린더(4) 사이에 남겨진 약 20 내지 40㎛의 간극보다 상당히 크다는 것이 강조된다. 이러한 큰 간극은 가변-변위 축 방향 피스톤(35)이 장비되는 유압 펌프의 총 에너지 수율 또는 상기 피스톤(1)과 유리하게 호환되는 임의의 다른 장치의 총 에너지 수율을 향상시키는 의도와 함께, 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)의 목적 중 하나이다.

실제로, 본 발명에 따른 유압 피스톤(1)은 원통형 바디(6)와 실린더(4) 사이에 남겨진 직경 간극이 더 이상 밀봉 요건에 의해 결정되지 않고, 이와 반대로 약간의 투과성이 바람직하지만, 주로 안내 기준 생성에 기초하여 마찰과 마모로 인한 손실을 거의 발생시키지 않는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)의 작동을 설명하기 위해, 도 1 내지 5 및 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 각각의 유압 피스톤(1)의 밀봉 수단(16)이 원통형 바디(6)에 배열된 밀봉 그루브(18)에 수용된 절단 세그먼트(17)로 이루어지고, 상기 그루브(18)가 외부 원통형 표면(13) 상에서 개방되는 것이 가정된다.

특히, 도 3 내지 도 5 및 도 7에서, 상기 세그먼트(17)의, 보다 정밀하게 상기 세그먼트(17)의 외부 표면의 벌지 프로파일(bulging profile)은 유압 챔버(5)가 수용하는 유체(11)의 압력의 영향으로 인해 실린더(4)의 내벽에 기대어 유지되도록 본 발명에서 제공된다.

여기에서 당해 절단 세그먼트(17)는 유압 챔버(5)에서 존재하는 압력이 20 bar일 때 "파킹된" 상태로부터, 상기 챔버(5)에서 존재하는 압력이 400 bar일 때 "실린더(4)와의 밀봉 접촉하는" 상태로 연속적으로 나아간다.

유압 챔버(5)에서 존재하는 압력이 400 bar일 때 절단 세그먼트(17)가 형성하는 실린더(4)와의 진보된 밀봉은 상기 세그먼트(17)와 상기 실린더(4) 사이에서 유체(11)가 빠져나가는 것을 거의 불가능하게 한다.

그럼에도 불구하고, 유압 챔버(5)에서 존재하는 압력이 단지 20 bar, 그러므로 낮을 때, 상기 세그먼트(17)가 실제로 파킹되었지라도, 상기 세그먼트(17)가 형성하는 실린더(4)와의 잔류 밀봉은 외부 원통형 표면(13) 및 실린더(4) 사이에 남겨진 작은 간극 공간(32)과 조합되어, 유압 챔버(5)로부터 상기 공간(32)을 통해 유체(11)가 빠져나가는 것은 거의 가능하지 않다.

이러한 소량의 유체(1)는 실린더(4)와의 그 접촉 레벨(들)에서 원통형 바디(6)를 적절하게 냉각하고 윤활하기에 불충분하다. 이러한 상황은 그 기계적 무결성을 손상시키는 실린더(4)의 건조, 외부 원통형 표면(13)과 실린더(4) 사이의 접촉 레벨에서 일어나는 마찰로 인한 에너지 손실에서의 급격한 증가, 및 가변-변위 축 방향 피스톤(35)을 구비한 유압 펌프의 에너지 수율 및 수명의 급격한 악화를 초래할 것이다. 그러므로, "파킹된" 상태에서 절단 세그먼트(17)가 나아가는 것을 가능하게 하는 것보다 많은 유체(11)가 필요하다.

이러한 것이 도 3에 도시된 바와 같이, 유압 챔버(5)에서 존재하는 압력이 낮을 때, 추가 유체(11)가 유압 챔버(5)로부터 절단 세그먼트(17)를 우회하여 간극 공간(32)으로 직접 진행하는 것을 가능하게 하도록 본 발명에 따른 유압 피스톤(1)이 제공되는 이유이다.

이러한 결과를 달성하는 것을 가능하게 하는 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)의 작동을 설명하기 위해, 도 3 및 도 4에 특히 주의를 기울여야 할 것이다.

도 3은 유압 챔버(5)에 수용된 유체(11)의 압력이 단지 20 bar일 때 본 발명에 따른 유압 피스톤(1)을 도시하는 반면에, 도 4는 상기 챔버(5)에 수용된 상기 유체(11)의 압력이 400 bar일 때 본 발명의 작동에 어떤 것이 일어나는지를 도시한다.

본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)이 도 1에 도시된 바와 같이 가변-변위 축 방향 피스톤(35)을 갖는 유압 펌프에서 효과적으로 사용되는 것으로 가정된다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 유압 챔버(5)에서 존재하는 압력은 20 bar이며, 밸브-액추에이터 피스톤(22)의 저압면(28)에서 밸브 복귀 스프링(30)에 의해 생성된 힘은 고압면(23) 상의 유체(11)의 압력에 의해 생성된 힘보다 크다.

이러한 상황으로부터, 밸브-액추에이터 피스톤 조립체(34)가 이와 협동하는 밸브 정지 스페이서(3)와 접촉하거나 또는 근접하게 유지되고, 유동 밀봉 시트(24)가 밸브 접촉 표면(26)으로부터 일정 거리를 유지되는 것이 초래된다. 결과적으로, 유체(11)는 유압 챔버(5)로부터 실린더(4)와 함께 전단 방지 간극 그루브(20)를 형성하는 환형 캐비티로 흐르기 위해 냉각 및 윤활 파이프(7)에서 순환될 수 있다.

이러한 목적을 위해, 상기 유체(11)는 먼저 유량 교정 개구(27)를 통과하고, 그런 다음 중간 유체 챔버(29) 내로 유동한다. 그런 다음, 유체는 유동 밀봉 시트(24)와 밸브 접촉 표면(26) 사이의 공간을 통해 유동하며, 이러한 것은 냉각 및 윤활 파이프(7)의 나머지 섹션을 통과한 후의 전단 방지 간극 그루브(20) 내로 이어지기 전에 일어난다.

유체(11)는 그런 다음 가변-변위 축 방향 피스톤(35)을 갖는 유압 펌프의 케이싱 내로 배출되도록 피스톤 지지면(8)의 부근으로 이어지기 전에 외부 원통형 표면(13)과 실린더(4) 사이에 형성된 전체 접촉 구역을 윤활하고 냉각시키기 위해 간극 공간(32)에서 작용할 수 있다.

본 발명에 따른 유압 피스톤(1)에 의해 의도적으로 생성된 상기 유체(11) 흐름으로 인해 손실된 총 에너지는 상기 흐름이 작동하는 압력이 낮기 때문에 모든 경우에 낮게 유지된다는 것에 유의한다. 이러한 낮은 에너지 손실과 대조적으로 그리고 후술되는 바와 같이, 본 발명에 따른 유압 피스톤(1)은 최종 성과가 가변-변위 축 방향 피스톤(35)을 구비한 유압 펌프의 증가된 총 수율을 촉진하는 방식으로 상당한 에너지 절약을 달성하는 것을 가능하게 한다.

도 4는 유압 챔버(5)에서 존재하는 압력이 높을 때, 예를 들어 400 bar일 때 일어나는 것을 도시한다.

이러한 경우에, 밸브-액추에이터 피스톤(22)의 저압면(28) 상에서 밸브 복귀 스프링(30)에 의해 생성된 힘은 고압면(23) 상의 유체(11)의 압력에 의해 생성된 힘보다 작다.

이러한 상황으로부터 밸브-액추에이터 피스톤(22)이 밸브 접촉 표면(26)에 기대어 유동 밀봉 시트(24)를 유지되는 것이 초래된다. 결과적으로, 밀봉 접촉 라인(25)이 형성되고, 유체(11)는 더 이상 냉각 및 윤활 파이프(7)에서 순환될 수 없다.

유압 챔버(5)의 밀봉은 유체(11)가 더 이상 절단 세그먼트(17) 또는 냉각 및 윤활 파이프(7)를 통해 흐를 수 없기 때문에 완벽하다. 가변-변위 축 방향 피스톤(35)을 구비한 유압 펌프는 그런 다음 완전히 밀봉되고 윤활되기 때문에 그 최대 수율을 전달한다.

목적은 간극 공간(32)에서 저압으로 작용하는 윤활 및 냉각의 유체(11) 흐름을 확립하는 한편, 상기 유체(11)의 누출이 고압으로 유지되지 않도록 하여 실제로 적절하게 달성되는 것이다.

"부스트" 압력으로서 지칭되는 20 bar의 저압에서, 유량 교정 개구(27)를 통과하는 유체(11) 흐름은 특히 압축면(10)이 받는 압력과 피스톤 지지면(8)이 받는 압력 사이의 차이에 의존한다는 것에 유의한다.

도 3 및 도 4로부터 용이하게 도출될 수 있는 바와 같이, 상기 흐름은 또한 유체 교정 개구(27), 유동 밀봉 시트(24)와 밸브 접촉 표면(26) 사이에 남겨진 공간, 및 간극 공간(32)으로 연속적으로 이루어진 유체(11) 경로에서 직렬로 배치된 흐름 제한에 의존한다.

또한, 냉각 및 윤활 파이프(7)에서 저압으로 순환하는 유체(11) 흐름은 또한 밸브 복귀 스프링(30)의 용기의 중량(tare) 및 강성에 의존한다.

실제로, 도 3을 참조하면, 다른 모든 것들은 동일하며, 유동 밀봉 시트(24)와 밸브 접촉 표면(26) 사이에 남겨진 공간이 크기 때문에, 저압면(28)에서 밸브 복귀 스프링(30)에 의해 가해지는 힘이 클수록, 유량 교정 개구(27)를 통해 흐르는 유체(11) 흐름이 더 많다는 것이 이해된다.

실제로, 가변-변위 축 방향 피스톤을 구비한 유압 펌프(35)가 회전할 때, 유압 챔버(5)는 20 bar에서 400 bar로 주기적으로 나아가며, 그러나, 밸브-액추에이터 피스톤 조립체(34)는 정지 스페이서(3)와 주기적으로 다시 접촉하지 않는다.

실제로, 실질적인 조건에서, 유압 챔버(5)에서 존재하는 압력이 20 bar일 때, 유동 밀봉 시트(24)는 밸브 접촉 표면(26)으로부터 수 ㎛ 내지 수백 ㎜의 거리보다 더 멀리 이동하지 못한다. 이러한 거리는 존재하는 모든 힘 사이에서 발견되는 평형에, 특히 도 3을 참조하여, 유압 챔버(5)에서 존재하는 압력과 중간 유체 챔버(29)에서 존재하는 압력의 차이에 대응한다.

그러므로, 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)이 저압에서 구동하는 것을 가능하게 하는 윤활 및 냉각 유체(11) 흐름은 가변-변위 축 방향 피스톤(35)을 구비한 유압 피스톤의 작동 압력을 고려하여 상기 피스톤(1)의 설계 동안 결정되며, 이러한 것은 고압면(23)의 단면, 저압면(28)의 단면, 유량 교정 개구(27)의 직경 및 길이, 밸브 복귀 스프링(30)의 중량 및 강성, 및 간극 공간(32)의 값을 적절한 방식으로 선택하는 것에 의한다.

그러므로, 이들 모든 값은 유압 챔버(5)에서 존재하는 임계 압력을 결정하는 것을 가능하게 하며, 밀봉 접촉 라인(25)은 임계 압력을 넘어서 형성되고, 상기 유동 밀봉 시트(24)는 임계 압력 아래에서 밸브 접촉 표면(26)으로부터 일정 거리를 유지한다.

본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)이 종래 기술에 따른 유압 피스톤에 의해 부과되는 손상을 용이하게 피하는 것을 가능하게 하고, 그 결과가 통상적으로 상기 피스톤과 이것들의 실린더(4) 사이에 남겨진 직경 간극인 것이 상기로부터 이해될 수 있다. 실제로, 종래 기술에 따르면, 상기 간극은 충분한 유체(11)가 상기 피스톤을 윤활 및 냉각시키기 위해 흐르고 전단 및 마찰로 인한 손실을 제한하는 것을 가능하게 하도록 충분히 커야 하지만, 너무 많은 유체(11)가 빠져나갈 정도로 크지 않아야 한다. 그 결과, 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)에 의해 손상이 제거된다.

또한, 본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)에 의해 제공되는 새로운 기회는 원통형 바디(6)가 전단 방지 간극 그루브(20)를 가질 수 있다는 것을 포함한다는 점에 유의한다. 도 1 내지 도 9에 도시된 이러한 특정 구성은 유압 피스톤(1)의 밀봉이 상기 피스톤(1)과 이와 협동하는 실린더(4) 사이에 남겨진 작은 간극에 의해 더 이상 보장되지 않기 때문에, 예를 들어 도 1 내지 도 5 및 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같은 절단 세그먼트(17) 또는 도 6에 도시된 바와 같은 가요성 원형 개스킷(19)일 수 있는 밀봉 수단(16)에 의해 가능하고, 이러한 것은 그 실린더(4)에서 피스톤(1)의 적절한 윤활 및 적절한 냉각을 포함하지 않는다.

상기 구성은 유압 피스톤(1)이 실린더(4)에서 이동할 때 간극 공간(32)에 유지된 유체(11)가 생성하는 전단으로 인한 손실을 크게 감소시키는 것을 가능하게 한다. 유압 피스톤(1)의 작동 동안 원통형 바디(6)가 제공하는 외부 원통형 표면(13)과 실린더(4) 사이에 상당한 접촉 압력을 받지 않는 구역에서 전단 방지 간극 그루브(20)이 축 방향으로 배열되고, 본 발명에 따른 유압 피스톤(1)의 총 에너지 수율, 그러므로 이러한 비제한적인 적용예에 따른 가변-변위 축 방향 피스톤(35)을 갖는 유압 펌프의 총 에너지 수율을 향상시키는 효과를 가진다는 것에 유의한다.

실제로, 전단으로 인한 에너지 손실은 상대 운동으로 설정되고 유체(11) 막이 그 사이에서 유지되는 2개의 부분 사이에 남겨진 간극에 대략 반비례한다. 그러므로, 전단 방지 간극 그루브(20)는 원통형 바디(6)의 외부 원통형 표면(13)의 매우 긴 길이에 걸쳐서 전단으로 인한 손실을 제거하는 효과를 가진다.

상기 수율을 더욱 향상시키기 위해, 특히 도 3 내지 도 7에서, 압축면(10)의 측면에 위치된 원통형 바디(6)의 축 방향 단부의 직경이 베어링 테이퍼(21)를 형성하기 위해 특정 길이에 걸쳐 점진적으로 감소하고, 베어링 테이퍼는 유압 피스톤(1)이 유압 챔버(5)의 방향으로 실린더(4)에서 발원할 때 상기 축 방향 단부와 상기 실린더(4) 사이의 접촉 레벨에서 원통형 바디(6)의 상기 단부와 실린더(4) 사이를 유체(11)가 흐르게 한다. 본 발명에 따른 유압 피스톤(1)의 이러한 특정 구성은 상기 접촉 레벨에서 유체 역학적 윤활 체제의 확립을 촉진하고, 실린더(4)에서 유압 피스톤(1)의 변위에 의해 발생되는 마찰로 인한 손실을 감소시킨다.

동일한 목적으로, 특히 도 2에서, 유압 챔버(5)의 반대편에 위치된 실린더(4)의 축 방향 단부의 직경은 베어링 테이퍼(12)를 형성하기 위해 특정 길이에 걸쳐서 점진적으로 증가하고, 베어링 테이퍼는 유압 피스톤(1)이 유압 챔버(5)의 방향으로 실린더(4)에서 상승할 때 상기 축 방향 단부와 상기 실린더(4) 사이의 접촉 레벨에서 원통형 바디(6)와 실린더(4)의 상기 축 방향 단부 사이를 유체가 흐르게 한다.

본 발명에 따른 냉각 및 윤활 밸브(2)를 구비한 유압 피스톤(1)의 가능성은 방금 설명된 적용으로만 제한되지 않으며, 또한 전술한 설명은 단지 예로서 주어진 것이며, 기술된 실시 형태의 세부 사항이 임의의 다른 등가물에 의해 대체되면 초과되지 않는 상기 발명의 범위를 결코 제한하지 않는다는 것을 이해해야 한다.

Claims (14)

1. 외부 원통형 표면(13)과 실린더(4) 사이에 간극 공간(32)을 남기는 방식으로 상기 실린더(4)에 거의 간극없이 수용되는 상기 외부 원통형 표면(13)을 노출시키는 원통형 바디(6)로 이루어진 유압 피스톤(1)으로서,
   상기 피스톤(1)은 상기 실린더(4)에서의 병진 이동에 의해 이동 가능하고, 상기 실린더와 함께 가변 체적의 유압 챔버(5)를 형성하고, 상기 피스톤(1)의 제1 단부는 유체(11)의 압력을 수용하기 위해 상기 유압 챔버(5) 내로 이어지는 압축면(10)을 갖는 한편, 상기 피스톤(3)의 타단부는 전달 수단(transmission mean)(9)에 힘을 가하기 위하여 피스톤 지지면(8)을 갖되, 상기 피스톤(1)은,
   

   

   상기 외부 원통형 표면(13) 상에 배열된 밀봉 수단(16)으로서, 상기 실린더(4)와의 밀봉을 형성할 수 있는, 상기 밀봉 수단(16);
   

   

   상기 원통형 바디(6) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 배열되는 적어도 하나의 냉각 및 윤활 파이프(7)로서, 한편으로는 상기 유압 챔버(5)와 직접 또는 간접적으로 연통하는 파이프 입구(14)로 시작하고, 다른 한편으로는 상기 외부 원통형 표면(13)의 레벨에서 직접 또는 간접적으로 개방되는 파이프 출구(15)로 끝나며, 상기 유압 챔버(5)에서 존재하는 압력이 상기 간극 공간(32)에서 존재하는 압력보다 클 때 유체(11)가 상기 입구(14)로부터 상기 출구(15)로 상기 파이프(7)에서 순환할 수 있는 한편, 상기 밀봉 수단(16)이 상기 유체(11)가 상기 입구(14)로부터 상기 출구(15)로 유동하기 위해 상기 원통형 바디(6)의 외부를 통과하는 것을 방지하는, 상기 적어도 하나의 냉각 및 윤활 파이프(7);
   

   

   상기 냉각 및 윤활 파이프(7) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 수용되고 상기 파이프(7)에서의 유체(11)의 순환을 각각 허용하거나 방지하기 위해 개방 또는 폐쇄될 수 있는 적어도 하나의 냉각 및 윤활 밸브(2)로서, 유체(11)가 통과하는 것을 가능하게 하기 위하여 상기 냉각 및 윤활 파이프(7)의 내부 또는 단부에 배열된 밸브 접촉 표면(26)으로부터 특정 거리에 있거나 또는 상기 유체(11)의 통과를 방지하는, 상기 표면과의 밀봉 접촉 라인(25)을 형성하기 위해 상기 표면(26)과 접촉 유지될 수 있는 유동 밀봉 시트(24)를 포함하는, 상기 적어도 하나의 냉각 및 윤활 밸브(2);
   

   

   폐쇄 및/또는 개방을 위해 상기 냉각 및 윤활 밸브를 조작할 수 있는 방식으로 상기 냉각 및 윤활 밸브(2)에 견고하게 연결된 적어도 하나의 밸브-액추에이터 피스톤(22)으로서, 상기 피스톤(22)은 상기 원통형 바디(6) 내에 또는 상에 배열된 액추에이터 실린더(31)에 거의 간극없이 수용되며, 상기 피스톤(22)은 상기 실린더(31)에서 길이 방향 병진 이동에 의해 이동하고, 상기 유압 챔버(5)에서 존재하는 압력에 노출되는 고압면(23)을 가질 수 있는 한편, 상기 고압면(23)의 반대편에서, 상기 피스톤(22)은 상기 간극 공간(32) 또는 상기 피스톤 지지면(8) 또는 2개 모두(32, 8)와 직접 또는 간접적으로 연통하는 저압 측면(28)을 갖는, 상기 적어도 하나의 밸브-액추에이터 피스톤(22);
   

   

   상기 냉각 및 윤활 파이프(7)에서 순환할 수 있는 유체(11)의 최대 유량을 제한하는 적어도 하나의 유량 교정 개구(27)로서, 유체(11)의 경로에서, 상기 냉각 및 윤활 밸브(2)와 직렬로, 상기 밸브-액추에이터(22)와 병렬로 배치되는, 상기 적어도 하나의 유량 교정 개구(27);
   

   

   상기 밸브 접촉 표면(26)으로부터 멀어지게 유동 밀봉 시트(24)를 이동시키는 경향이 있는 적어도 하나의 밸브 복귀 스프링(30); 및
   

   

   상기 밸브 접촉 표면(26)에 대해 상기 유동 밀봉 시트(24)의 최대 분리 거리를 설정하는 적어도 하나의 밸브 정지 스페이서(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.
2. 제1항에 있어서, 상기 밸브 복귀 스프링(30)은 상기 밸브-액추에이터 피스톤(22)과 상기 밀봉 접촉 라인(25) 사이에 형성된 중간 유체 챔버(29)의 내부에 완전히 또는 부분적으로 수용되는 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.
3. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 수단(16)은, 상기 원통형 바디(6)에 배열되고 상기 외부 원통형 표면(13)에서 개방되는 적어도 하나의 밀봉 그루브(18)에 수용된 적어도 하나의 절단 세그먼트(17)로 이루어진 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.
4. 제1항에 있어서, 상기 밀봉 수단(16)은, 상기 원통형 바디(6)에 배열되고 상기 외부 원통형 표면(13)에서 개방되는 적어도 하나의 밀봉 그루브(18)에 수용된 적어도 하나의 가요성 원형 개스킷(19)으로 이루어진 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.
5. 제1항에 있어서, 전단 방지 간극 그루브(20)가 상기 원통형 바디(6)에 배열되며, 상기 그루브(20)는 상기 외부 원통형 표면(13)에서 개방되는 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.
6. 제1항에 있어서, 상기 압축면(10)의 측면에 위치된 상기 원통형 바디(6)의 축 방향 단부의 직경은 베어링 테이퍼(21)를 형성하기 위해 특정 길이에 걸쳐서 점진적으로 감소하는 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.
7. 제1항에 있어서, 상기 유압 챔버(5)의 반대편 위치된 상기 실린더(4)의 축 방향 단부의 직경은 베어링 확장부(12)를 형성하기 위해 특정 길이에 걸쳐서 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.
8. 제1항에 있어서, 상기 유량 교정 개구(27)는 상기 피스톤(22)의 외부 원통형 표면과 고압면(23) 및 저압 측면(28) 또는 상기 2개의 면(23, 28) 중 어느 하나를 연결하는 상기 밸브-액추에이터 피스톤(22)의 내부에 배열되는 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.
9. 제1항에 있어서, 상기 유량 교정 개구(27)는 상기 밸브-액추에이터(22)와 상기 피스톤(22)이 협동하는 상기 액추에이터 실린더(31) 사이에 남겨진 간극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.
10. 제1항에 있어서, 상기 원통형 바디(6)는 한편으로는 상기 압축면(10)에서, 다른 한편으로는 상기 피스톤 지지면(8)에서 개방되는, 상기 전달 수단의 윤활을 위한 파이프(33)에 의해 그 길이의 방향으로 완전히 관통되는 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.
11. 제1항에 있어서, 상기 냉각 및 윤활 밸브(2) 및 상기 밸브-액추에이터(22)는 밸브-액추에이터 피스톤 조립체(34)를 형성하기 위해 동일한 재료의 블록으로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.
12. 제10항 및 제11항에 있어서, 상기 밸브-액추에이터 피스톤 조립체(34)는 상기 전달 수단과의 밀봉을 형성하는 동안 그 주위에서 슬라이딩될 수 있는 상기 전달 수단의 윤활을 위한 상기 파이프(33)에 의해 축 방향으로 완전히 관통되는 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.
13. 제10항 및 제11항에 있어서, 상기 밸브-액추에이터 피스톤 조립체(34)는 상기 전달 수단의 윤활을 위한 상기 파이프(33)에 의해 축 방향으로 완전히 관통되며, 상기 조립체(34)는 상기 파이프(33)의 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.
14. 제13항에 있어서, 상기 밸브-액추에이터 피스톤 조립체(34)는 상기 전달 수단의 윤활을 위한 상기 파이프(33)에 배열된 단부편 수용 실린더(42)와의 밀봉을 형성하는 슬라이딩 밀봉 단부편(41)으로 끝나며, 상기 밀봉 단부편(41)은 상기 조립체(34)가 상기 파이프(33)에 대해 길이 방향 병진 이동에 의해 이동하는 것을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는, 유압 피스톤.

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