KR20000054836A - 크랭크 유압식 브레이크 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 크랭크 유압식 브레이크 장치는 몸체내에 유압유체가 채워져 있는 유압유체 통로 : 상기 유압유체 통로의 내부에 직선 왕복 이동 가능하게 배치되어 있고 하나의 피스톤 로드와 2개의 피스톤을 가지고 있는 피스톤 기구 : 동력기관의 출력축에 연결되어 몸체의 한측부로부터 일정 거리 떨어져 있고 크랭크 축, 크랭크 아암 및 크랭크 핀을 포함하고 있는 크랭크 기구 : 한 단부가 크랭크 핀에 회전가능하게 연결되고 다른 한 단부가 상기 하나의 피스톤 로드에 회전가능하게 연결되어, 상기 크랭크 축이 회전함에 따라 상하 및 전후로 원호를 그리며 운동하게 되는 연접봉 : 한쪽 단부가 크랭크 축에 회전가능하게 장착되어 있고 다른 한쪽 단부가 몸체에 회전이동 및 직선이동 불가능하게 볼트에 의해 장착되어 있는 2개의 지지봉 : 상기 크랭크 축과 상기 지지봉과의 접속부에 제공되어 있는 제 1 미끄럼 베어링 : 상기 크랭크 핀과 상기 연접봉과의 접속부에 제공되어 있는 제 2 미끄럼 베어링 : 상기 연접봉과 상기 피스톤 로드와의 접속부에 제공되어 있는 제 3 미끄럼 베어링 : 그리고 상기 유압유체 통로내에 회전가능하게 배치되며 상기 유압유체통로와 일치되는 밸브 관통구멍이 형성된 밸브 및 상기 밸브를 회전시켜 상기 밸브의 관통구멍을 개폐시키는 개폐수단을 포함하여, 유압유체의 유량을 제어함으로써 상기 피스톤 기구가 선택적으로 정지되도록 하는 유량제어수단 : 을 포함하고 있으며, 상기 유량제어수단은 상기 밸브의 관통구멍에 절결부가 형성되어 있는 것으로 되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 유압식 브레이크 장치는 계속적으로 장시간 사용하여도 브레이크 장치의 파손 또는 제동이 되지 않는 경우가 발생되지 않으며, 브레이크 패드를 사용하지 않아 이의 교체가 필요없고, 장치 구성이 간단하여 제작비가 저렴하고, 소대형 동력기관일수록 그 효과가 더욱 두드러진다.

Description

크랭크 유압식 브레이크 장치{CRANK HYDRAULIC BRAKE SYSTEM}

본 발명은 동력기관의 크랭크 축을 제동하거나 감속하는 유압식 브레이크 장치에 관한 것으로, 특히 비압축성 유체의 특성을 이용한 물리적인 힘으로 동력기관의 크랭크 축을 신속 정확하게 제동하거나 감속하는 유압식 브레이크 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차나 선박 또는 산업용 설비 등과 같이 동력기관이 설치되는 시계시스템에는, 열효율 및 안전상의 이유로 기관브레이크장치를 부착하여 상기 동력기관을 급정지시키거나 속도를 감속하게 되어 있는 데, 보편적인 브레이크 장치로는 기계적 운동에너지를 마찰에 의해 열에너지로 바꾸어 방산시키는 마찰식 브레이크 장치가 주로 사용되고 있다.

상기 마찰식 브레이크 장치는, 대개 디스크식과 드럼식의 두가지 형태로 구분되는 데, 이들의 장치는 동력기관의 회전동력축에 연결되어 회전하는 디스크나 드럼에 대하여, 비 구동축에 정착된 패드 등의 마찰재가 마찰을 가함으로써 제동의 구실을 하도록 제작된 것이다.

그러나, 상기 마찰식 브레이크 장치는 사용시에 여러 가지 불편과 본질적인 위험을 배제할 수 없었다.

구체적인 예로서, 상기 마찰식 브레이크 장치를 설치한 자동차가 험한 산악재대의 비탈진 경사면을 내려오면서 상기 브레이크 장치를 장시간 사용할 경우, 드럼과 패드가 연속적으로 마찰하여 상기 브레이크 장치에 높은 마찰열이 발생되어 구성요소의 파손 및 열화를 유발하여, 원하는 브레이크 작동을 얻지 못하는 극히 위험한 사고를 피할 수 없는 사태가 발생할 수 있다.

또한, 운전자는 마모되는 패드나 드럼 때문에 항상 불안감을 갖을 수밖에 없었으며, 아울러 마모된 패드를 정지적으로 교체하여야 하는 불편이 있었다.

또한, 최근에는 동력기관이 대형화됨에 따라 인력만으로는 동력축을 제동할 수 없게 되어, 브레이크 배력장치를 추가하게 되었고 그리고 차량의 급정지를 방지하기 위해 고가의 ABS 시스템을 추가하게 되어, 기관동력이 낭비되는 문제점이 있었다.

또한, 보통 브레이크 패드는 발암물질인 석면을 주원료로 사용하였기 때문에 인체에 유해한 영향을 미쳤으며, 특히 브레이크 드럼과 브레이크 패드의 마찰에 기인한 소음공해도 무시할 수가 없었다.

또한, 상기 종래의 각종 회전체에 장착된 미끄럼 베어링은 회전체와의 사이에 회전체에 의한 파티클을 발생시켜, 예컨대 고정밀을 요하는 개소에 사용되기가 어렵고, 상기 베어링의 수명은, 고속회전인 경우에, 마모가 심해 상기 베어링의 유지보수에 많은 시간이 소요되었다.

따라서, 본 발명은 이러한 마찰식 브레이크 장치에서 발생되는 모든 문제점을 해소함과 동시에 동력기관의 급제동을 방지하는데 주 목적이 있다.

또한, 본 발명은 각종 회전체에 정착된 베어링을 V자형 베어링으로 교체하여 고속회전으로 인한, 베어링의 마모를 감소시켜 베어링의 유지보수의 시간을 단축하는 것에 또 다른 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유압식 브레이크 장치의 사시도이고,

도 2는 도 1의 A-A선을 따라 취한 단면도이고,

도 3은 도 1의 B-B선을 따라 취한 단면도이고,

도 4는 도 1의 C-C선을 따라 취한 단면도이고,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 밸브의 확대 사시도이고,

도 6은 도 5의 밸브 개도를 나타내는 설명도이고, 그리고

도 7은 도 2의 D부분의 V자형 베어링에 대한 상세도이다.

상기 제 1 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 유압식 브레이크 장치는, 몸체 : 상기 몸체내에 위치되어 유압유체가 채워져 있는 유압유체 통로 : 상기 유압유체 통로의 내부에 직선 왕복 이동 가능하게 배치되어 있고 하나의 피스톤 로드와 2개의 피스톤을 가지고 있는 피스톤 기구 : 동력기관의 출력축에 연결되어 상기 몸체의 한축부로부터 일정 거리 떨어져 있고 크랭크 축, 크랭크 아암 및 크랭크 핀을 포함하고 있는 크랭크 기구 : 한 단부가 상기 크랭크 핀에 회전가능하게 연결되고 다른 한 단부가 상기 하나의 피스톤 로드에 회전가능하게 연결되어, 상기 크랭크 축이 회전함에 따라 상하 및 전후로 원호를 그리며 운동하게 되는 연접봉 : 한쪽 단부가 크랭크축에 회전가능하게 장착되어 있고 다른 한쪽 단부가 몸체에 회전이동 및 직선이동 불가능하게 볼트에 의해 장착되어 있는 2개의 지지봉 : 상기 크랭크축과 상기 지지봉과의 접속부에 제공되어 있는 제 1 미끄럼 베어링 : 상기 크랭크 핀과 상기 연접봉과의 접속부에 제공되어 있는 제 2 미끄럼 베어링 : 상기 연접봉과 상기 피스톤 로드와의 접속부에 제공되어 있는 제 3 미끄럼 베어링 : 그리고 상기 유압유체 통로내에 회전가능하게 배치되며 상기 유압유체통로와 일치되는 밸브 관통구멍이 형성된 밸브 및 상기 밸브를 회전시켜 상기 밸브의 관통구멍을 개폐시키는 개폐수단을 포함하여, 유압유체의 유량을 제어함으로써 상기 피스톤 기구가 선택적으로 정지되도록 하는 유량제어수단 : 을 포함하고 있으며, 상기 유량제어수단은 상기 밸브의 관통구멍에 절결부가 형성되어 있는 것으로 되어 있다.

또한, 상기 제 2 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 유압식 브레이크 장치는, 상기 제 1 목적을 위한 구성에 더하여, 회전체에 대한 상기 베어링의 접촉면에 V자형 홈과 일자형 홈이 형성되어 있는 것으로 되어 있다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 유압식 브레이크 장치의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면중 제 1 도는 본 발명에 따른 유압식 브레이크 장치의 사시도이고, 제 2 도는 제 1 도의 A-A선을 따라 취한 단면도이고, 제 3 도는 제 1 도의 B-B선을 따라 취한 단면도이고, 제 4 도는 제 1 도의 C-C선을 따라 취한 단면도이다.

도 1 및 도 2 를 참조하면, 몸체(1)는 동력기관의 출력축과 연결된 크랭크 축(2), 크랭크 아암(3), 및 크랭크 핀(4)을 포함하는 크랭크 기구(100) : 피스톤 로드(7) 및 피스톤(8)을 포함하는 피스톤 기구(200) : 상기 크랭크 기구(100)와 상기 피스톤 기구(100)를 연결하는 연접봉(5) : 상기 크랭크 기구(100)와 상기 몸체(1)을 연결하는 2개의 지지봉(6) : 및 밸브캡(9)을 가지고 있다. 또한, 상기 몸체(1) 내에는 유압유체가 채워져 있는 유압유체통로(20)가 형성되어 있으며, 상기 유압유체통로(20)에는 제 3 도 및 제 4 도에 도시된 바와 같이 유압유체 유량 제어 수단(300)이 배치되어 있다.

상기 크랭크 기구(100)에 대하여 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 상기 크랭크 축(2)은 상기 몸체(1)에 상기 2개의 지지봉(6)에 의해 연결되어 있다. 상기 지지봉(6)의 한쪽 단부에는 크랭크 축(2)이 회전가능하게 장착되어 있고 다른 한쪽 단부에는 몸체(1)가 회전이동 및 직선이동 불가능하게 볼트에 의해 장착되어 있다. 그리고 상기 지지봉(6)의 한쪽 단부와 상기 크랭크 축 사이에는 V자형 베어링(11)이 개재되어 상기 크랭크 축(2)의 회전운동을 원활하게 한다.

상기 크랭크 축(2)에는 상기 크랭크 축(2)의 회전중심과 같은 회전중심을 찾은 크랭크 아암(3)이 장착되어 있으며, 크랭크 핀(4)이 상기 크랭크축(2)의 회전 중심에 편심되어 크랭크 아암(3)에 장착되어 있다. 그리고 연접봉(5)은 상기 크랭크 핀(4)은 V자형 베어링(12)을 개재하여 한 단부가 회전가능하게 장착되어 있고, 상기 피스톤 로드(7)에 V자형 베어링(13)을 개재하여 다른 한 단부가 회전가능하게 장착되어 있다. 상기 피스톤 기구(200)는 피스톤 로드(7) 및 피스톤(8)을 가지고서, 상기 유압유체통로(20)내에서 직선적으로 왕복운동가능하게 배치되어 있다.

따라서, 상기 연접봉(5)은 상기 크랭크 축(2)이 회전하게 되면, 상기와 같은 구성에 의해 상하 및 전후로 원호운동하게 되며, 이러한 상기 연접봉(5)의 운동에 의해 상기 피스톤 기구(200)의 상기 피스톤 로드(7)와 상기 2개의 피스톤(8)은 상기 유압유체통로(20) 내에서 직선적으로 왕복운동된다.

상기 피스톤 로드(7)는 유압유체 통로(20)의 일부 영역내에서 왕복 이동 가능하도록 배치되어 있어서, 상기 유압유체 통로(20)에 채워져 있는 유압유체는 상기 2개의 피스톤(8)의 왕복 이동에 의해 상기 유압유체 통로(20)을 순환한다. 그리고 상기 유압유체 통로(20)내에는 유압유체의 유량을 조절하는 유압유체 유량제어수단(300)이 배치되어 있다. 상기 유량제어수단(300)은 상기 유압유체 통로(20)내에 회전가능하게 배치되며 상기 유압유체 통로(20)의 형상과 일치되는 관통구멍(30a)을 개폐시키는 개폐수단(15)을 포함하고 있다. 또한 상기 밸브(30) 상단에는 밸브캡(9)이 몸체(1)에 부착되 있고, 이 밸브(30)는 상기 유압유체통로(20)에 밸브 시트(14)에 의해 회전가능하게 고정되어 있다.

또한, 상기 V자형 베어링은, 도 7에 도시된 바와 같이, 기존의 미끄럼 베어링에서 회전체와 접하는 면에 V자형 유체유지홈(41)을 회전방향으로 병렬로 나란하게 환형상으로 형성하고, 각 V자형 유체 유지홈들을 연결하여서 항상 일정하게 각 V자형 유체 유지홈에 유체가 유지되게 하는 일자형 유체유지홈(42)을 상기 회전체와 접하는 면에 형성한 것이다. 상기 V자형 베어링은 상기와 같이, 상기 회전체와 접하는 미끄럼 베어링의 면에 홈을 형성함으로써, 상기 회전체와 베어링과의 사이의 미끄럼면에 유체를 집중적으로 유지할 수 있고, 회전시 유체유지홈에 의해 그 미끄럼면 사이에 유체를 강제적으로 유지하여 개재시켜, 이에 의해 마찰저항을 줄여서 원활한 회전을 가능하게 한다.

그리고 상기 V자형 베어링은 회전체의 회전운동시 공기와 유체가 혼합되어 공기가 유막현상을 일으켜 회전체에 과부하가 작용되지 않아 내구성이 있고, 고속, 저속, 초고속 운동을 하는 회전체에 적용될 수 있다. 또한 유체는 유체유지홈에 한번 주입하면 방영구적으로 사용될 수 있다.

상기 유압유체는 #34(점도) 높은 일반유압유 등이 적용될 수 있다. 또한, 상기 밸브 시트는 동, 구리, 인청동, 불소테프론 등의 재질로 만들어질 수 있다.

상기 밸브(30)는 특수가공된 터미널타입의 밸브로서, 밸브개폐수단(15)의 조정에 따라 개폐되어 유압유체의 유량을 조절한다. 상기 밸브(30)의 구체적인 구성을 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면, 다음과 같다.

상기 밸브(30)에는 유압유체통로(20)의 직경과 같은 원통형 형상의 관통구멍(30a)이 나 있는 유사 원통형부(30b)를 가지고 있다. 이 원통형부(30b)는 밸브 개폐수단(15)의 이동에 따라 90도 회전운동하게 된다. 상기 원통형부(30b)가 0도의 위치에 있으면, 상기 관통구멍(30a)이 유압유체통로(20)와 연통하게 되어 유압유체를 순환시키고, 그리고 상기 원통형부(30b)가 90도 위치에 있으면, 상기 관통구멍(30a)이 유압유체통로(20)와 연통되지 않게 되어 유압유체를 순환시키지 않는다.

또한 상기 관통구멍(30a)는 상류측 한 측부에 외측방향을 따라 폭이 감소되는 제 1절결부(30c′)를 형성하고 있고, 하류측 다른 한 측부에 외측방향을 따라 폭이 감소되는 제 2절결부(30″)를 형성하고 있다. 상기 제 1 및 제 2절결부는 서로 대각선 방향에 위치되어 있다.

상기 밸브(30)의 상기 절결부에 따른 밸브 개도를 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

상기 도 6에서, 상기 밸브의 관통구멍(30a)의 중심이 A위치에 있으면, 상기 관통구멍(30a)이 유압유체통로(20)와 완전 연통된 상태가 된다. 상기 밸브(30)의 관통구멍(30a)의 중심이 B위치에 있으면, 상기 관통구멍(30a)은 일부 개방되어 유압유체통로(20)와 연통된 상태가 되어 A위치에 있을 때보다도 더 큰 유압이 유압유체통로(20)내에 형성되게 된다. 상기 밸브(30)의 관통구멍(30a)의 중심이 C위치에 있으면, 상기 관통구멍(30a)은 B위치에 있을 때 보다도 더 작게 일부 개방되어 유압유체통로(20)와 연통된 상태가 되어 B위치보다 더 큰 유압이 상기 유압유체통로(20)내에 형성되게 된다. 상기 밸브(30)의 관통구멍(30a)의 중심이 D위치에 있으면, 상기 관통구멍(30a)은 그 개도 상태를 상기 C위치 상태보다도 더 작게하여 유압유체통로(20)와 연통된 상태가 되어 C위치 보다 더 큰 유압이 상기 유압유체통로(20)내에 형성되게 되지만, 상기 절결부가 그 폭이 외측방향으로 좁혀지는 형상으로 되어 있기 때문에, 서서히 유압이 증가하게 된다. 상기 밸브(30)의 관통구멍(30a)의 중심이 E위치에 있으면, 상기 관통구멍(30a)은 그 개도 상태를 0으로 하여 유압유체통로(20)와 완전 차단된 상태가 되어 유압유체통로(20)내에 있는 유압유체를 이동불가능하게 만들어, 상기 피스톤 로드(7)가 왕복운동할 수 없도록 한다.

상기 밸브(30)의 폐도는 상기 밸브의 개도에 역순이므로 상세한 설명은 생략한다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 유압식 브레이크 장치의 작용을 설명한다.

동력기관의 정상적인 작동 시, 크랭크 축(2)이 회전함에 따라, 이 크랭크 축(2)에 연결된 크랭크 아암(3), 크랭크 핀(4) 및 연접봉(5)에 의해 상기 피스톤 로드(7)가 왕복 운동하게 되는 데, 이때, 상기 피스톤 로드(7)는 유압유체통로(20)가 밸브(30)에 의해 완전 개방된 상태에 있으므로, 유압 유체의 유동과 함께 자유롭게 직선 왕복 운동하게 된다.

상기와 같은 상태에서, 크랭크 축(2)을 감속하거나 제동하기 위하여 상기 유압유체통로(20) 상에 설치된 밸브(30)를 작동시켜 유압유체의 유량을 감소시키면, 유압유체통로(20)에는 비압축성 유체 특성에 의한 유동저항이 발생하게 되고, 이에 따라 피스톤 로드(7) 및 피스톤(8)의 이동속도가 감소하게 된다. 따라서, 이 피스톤 로드(7)와 연결된 연접봉(5)의 운동이 구속됨으로써 크랭크 축(2)의 회전속도가 감소되게 된다.

또한, 상기 개폐수단(15)이 상기 밸브(30)의 개도를 C위치에서 E위치로 이동시키면, 상기 관통구멍(30a)에 절결부(30c′, 30c″)가 형성되어 있기 때문에, 유압유체의 유량은 서서히 감소되게 되고, 유압유체통로(20)에는 비압축성 유체 특성에 의한 유동저항이 서서히 발생하게 되고, 이에 따라 피스톤 로드(7)의 이동속도가 서서히 감소하게 된다. 따라서, 이 피스톤 로드(7)와 연결된 연접봉(5)의 운동이 서서히 구속됨으로써 크랭크 축(2)의 회전속도가 서서히 감소되게 된다. 따라서, 크랭크 축(2)은 ABS식으로 제동되게 된다.

한편, 상기 개폐수단(11)이 상기 밸브(30)를 최대한 작동시켜 유압유체통로(20)를 완전 폐쇄시키면, 유압유체의 유동이 정지되면서, 피스톤 로드(7)의 이동이 정지하게 되고, 따라서 연접봉(5)의 운동도 완전히 정지하게 되어 크랭크 축(2)이 회전정지하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 유압식 브레이크 장치는 계속적으로 장시간 사용하여도 브레이크 장치의 파손 또는 제동이 되지 않는 경우가 발생되지 않으며, 기존 마찰식과는 전혀 다른 개념으로 장치를 구성함으로써 브레이크 패드를 사용하지 않아 이의 교체가 필요없고, 아울러 별도의 브레이크 배력장치를 설치하지 않아도 단 한번의 동작만으로 정확히 제동이 되며, 장치 구성이 간단하여 제작비가 저렴하고, 소·대형 동력기관에는 그 효과가 더욱 두드러진다.

Claims (3)

1. 유압유체의 유동을 방해하거나 정지시킴으로써 유압유체의 유동의 저항 및 정지하는 물리적인 힘을 이용하여 동력기관의 회전축을 제동하거나 감속하게 하는 유압식 브레이크 장치에 있어서,

   몸체(1) :

   상기 몸체(1)내에 위치되어 유압유체가 채워져 있는 유압유체 통로(20) :

   상기 유압유체 통로(20)의 내부에 직선 왕복 이동 가능하게 배치되어 있고 하나의 피스톤 로드(7)와 2개의 피스톤(8)을 가지고 있는 피스톤 기구(200) :

   동력기관의 출력축에 연결되어 상기 몸체(1)의 한측부로부터 일정 거리 떨어져 있고 크랭크 축(2), 크랭크 아암(3) 및 크랭크 핀(4)을 포함하고 있는 크랭크 기구(100) :

   한 단부가 상기 크랭크 핀(4)에 회전가능하게 연결되고 다른 한 단부가 상기 하나의 피스톤 로드(7)에 회전가능하게 연결되어, 상기 크랭크 축(2)이 회전함에 따라 상하 및 전후로 원호를 그리며 운동하게 되는 연접봉(5) :

   한쪽 단부가 크랭크 축(2)에 회전가능하게 장착되어 있고 다른 한쪽 단부가 몸체(1)에 회전이동 및 직선이동 불가능하게 볼트에 의해 장착되어 있는 2개의 지지봉(6) :

   상기 크랭크 축(2)와 상기 지지봉(6)과의 접속부에 제공되어 있는 제 1 미끄럼 베어링(11) :

   상기 크랭크 핀(4)과 상기 연접봉(5)과의 접속부에 제공되어 있는 제 2 미끄럼 베어링(12) :

   상기 연접봉(5)과 상기 피스톤 로드(7)와의 접속부에 제공되어 있는 제 3 미끄럼 베어링(13) : 그리고

   상기 유압유통 통로(20)내에 회전가능하게 배치되며 상기 유압유체통로와 일치되는 관통구멍(30a)이 형성된 밸브(30) 및 상기 밸브(30)를 회전시켜 상기 밸브(30)의 관통구멍(30a)를 개폐시키는 개폐수단(15)을 포함하여, 유압유체의 유량을 제어함으로써 상기 피스톤 기구(200)가 선택적으로 정지되도록 하는 유량제어 수단(300) : 을 포함하고 있으며,

   상기 유량제어수단(300)은 상기 밸브(30)의 관통구멍(30a)에 절결부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유압식 브레이크 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 절결부는 상기 관통구멍(30a)의 한 측부에 외측방향을 따라 폭이 감소되는 제 1 절결부(30c′)와 그리고 상기 관통구멍(30a)의 다른 한측부에 외측방향 따라 폭이 감소되는 제2 절결부(30c″)를 가지고 있으며, 상기 제 1 및 제 2 절결부(30c′, 30c″)는 상기 밸브(30)의 관통구멍(30a)의 대각선 방향으로 서로 마주하여 상기 관통구멍(30a)에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유압식 브레이크 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 베어링(11, 12, 13)중 어느 하나의 베어링은 V자형 유체 유지홈(41)이 회전체와 접하는 면에 회전방향으로 병렬로 나란하게 환형상으로 형성되고, 각 V자형 유체 유지홈(41)들을 연결하는 일자형 유체 유지홈(42)이 상기 회전체와 접하는 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유압식 브레이크 장치.