KR950007514B1 - 무밸브 가변변위 피스톤 계량 펌프 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

무밸브 가변변위 피스톤 계량 펌프

제1도는 본 발명의 개선된 용적형 펌프의 바람직한 실시예로서 실린더 조립체내의 피스톤을 나타내는 부분적으로 절개된 사시도.

제2도는 피스톤 실린더 조립체가 제거된 상태의 제1도의 회전 플랫포옴을 나타낸 평면도.

제3도는 제2도에 도시된 플랫포옴의 저면도, 및

제4도는 본 발명의 일 실시예에 따른 전체 조립체의 측단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 피스톤/실린더 조립체 11 : 하우징

12 : 구동축 14 : 요크(yoke)

16 : 소켓 18 : 볼

20 : 아암 24 : 피스톤

25, 27 : 구멍 26 : 실린더

40 : 지지 조립체 41 : 장착 스터드

42 : 회전 플랫포엄(swivel platform) 43 : 지시기 가장자리

44 : 지지 프레임 46, 47 : 수직 기둥

50 : 캠 표면 56, 57 : 베어링 소켓

86, 87 : 중심선

본 발명은 무밸브 용적형 피스톤 계량 펌프에 관한 것으로서, 특히 그러한 펌프의 전 작동 범위에 걸쳐 유체 배출량의 정확성을 상당히 향상시킨 개선된 계량 펌프에 관한 것이다.

종래의 무밸브 용적형 피스톤 펌프에 있어서, 펌프 구동 축선의 2부분 사이의 각도만을 변경시킴으로써 가역 펌핑 기능과 제어가능한 가변 변위를 제공하는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 실린더 헤드 체임버를 형성하도록 일단부가 폐쇄된 양쪽 구멍형 (bi-ported) 실린더내에서 동적으로 왕복 및 회전 운동하는 덕트식 피스톤을 포함하는 무밸브 가변 가역 펌프가 핀커톤(PINKERTON)의 미합중국 특허 제3,168,872호와 제4,008,003호에 개시되어 있다. 피스톤 덕트는 실린더의 벽과 함께 유체 이송 도관을 제공하도록 피스톤내에 배열되며, 유체 이송 도관은 각각의 구멍들과 교대로 통하게 되어있다. 즉, 피스톤의 하향 행정시 하나의 구멍이 실린더 헤드ㅡ 체임버와 통하며, 상향 행정시에는 다른 구멍이 실린더 헤드 체임버와 통하게 되어있다. 구멍들에 대하여 덕트를 역전시킴으로서 유체 유동 방향을 역전시킬 수 있다.

이러한 형식이 종래의 펌프에 있어서, 피스톤을 작용시켜 적절한 펌프 작용을 수행하도록, 피스톤 조립체는 축선이 어긋나 있는 (off-axis) 요크 조립체를 통하여 구동 축의 출력측에 연결되어 있다. 피스톤은 그의 바깥쪽 단부에 요크 조립체의 구형 베어링 부재내에 미끄럼 가능하게 장착되어 측면으로 연장하는 아암을 포함하며, 결과적으로 일정(single point) 유니버설 죠인트가 제공된다. 피스톤을 수용하는 양쪽 구멍형 실린더는, 요크 조립체의 회전 축선에 수직한 단일 중앙 축선을 중심으로 관절 운동하도록 장착된다. 따라서, 요크 조립체의 회전 축선, 즉 구동 축선과 피스톤의 축선이 거의 동축선상에 있을 때에는, 피스톤이 요크의 회전중에도 실린더내에서 왕복 운동하지 않으며, 펌핑 작용도 일어나지 않는다. 그러나 실린더 축선, 즉 피스톤 축선이 요크의 축선에 대하여 수직한 축선으로 편향된 때는 왕복운동이 발생된다. 펌프 체임버를 통한 유체 이송 방향은 편향되는 방향(우측 또는 좌측)에 의해 결정되며 피스톤 행정의 크기, 즉 구동 모우터 축의 매 회전마다의변위량은 각 운동의 정도에 의해서 결정된다.

실린더 직경, 피스톤 행정의 길이, 및 행정 반복 속도는 모두 결정될 수 있기 때문에, 유체 유량도 비슷하게 이에 따라서 결정될 수 있다. 그러나, 놀랍게도 그에 따른 유체의 유동 제어가 항상 가능한 것은 아니다. 왜냐하면 예를 들어 액체류내에 혼입되거나 용해된 기체로 인하여 유체의 불일치성이 예기치 않게 발생하기 함으로써 유효 변위량이 심하게 변하기 때문이다. 특히, 고 유량 셋팅시에 비하여 저 유량 셋팅시에 무작위성 거품의 주원인인 실린더 체임버의 사(死)용적(dead volume) 현상이 더 심하게 나타나므로, 펌프의 유량 범위중 저 유량 부분에서 더욱 그러하다. 따라서, (유량이 적고) 사용적이 큰 체임버가(유량이 많고) 사용적이 작은 체임버에 비하여 거품이 실린더 헤드 체임버내에 머무르면서 요동하는 경우가 더 많기 때문에, 그러한 형식의 펌프는 가능한 유량 범위중 15% 내의 저 유량 범위에서 정확한 유체 배출이 요구되는 경우에는 사용하기가 적당하지 못하다.

유량을 정확하게 조정가능한 펌프에 대한 수요가 증가하고 그러한 펌프들의 이용 범위가 넓어짐에 따라서, 가능한 조정 범위를 넓게 증가시켜서 유체를 배출하도록 쉽게 이용될 수 있는 펌프가 필요하게 되었다.

본 발명은 상기한 바와같이 문제점을 감안하여 된 것으로서, 본 발명의 목적은 체임버 사용적이 최소로되고 펌프의 전체 조정 범위에 걸쳐 용적이 일정하게 유지되게 함으로써 펌프 작동 범위중 저 용적 부분에서도 유체 배출의 정확성이 크게 향상되는 제어가능한 가변 및 가역 용적형 계량 펌프를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 펌프와 구동부의 기본적인 연결 양상을 변경시키지 않고 펌프들의 작동 범위에 걸쳐서 유체 배출의 정확성을 증가시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 동일한 방법을 이용하여 유동 방향을 결정하고 유체 배출을 조정하는 펌프들의 전 작동 범위에 걸쳐서 유체 배출의 정확성을 증가시키는 것이다.

본 발명은 개선된 무밸브 가변 행정 용적, 가역 작용식 유체 펌프로서 유체의 출입을 위한 구멍이 있는 실린더와, 유체가 실린더 안팎으로 출입하도록 그 구멍과 소통하는 덕트 및 축선을 가진 회전가능한 피스톤으로 구성된다. 또한, 그 펌프는 역시 축선이 있으며, 피스톤을 실린더내에서 왕복운동시키면서 구멍에 대해 시간 동기된 관계로 회전시키는 수단과, 회전 방향을 역전시키지 않고 시간 동기된 관계를 역전시키는 수단을 가지며 피스톤에 연결된 구동 수단을 더 포함한다. 그 역전 수단은 축선들 사이의 각도의 방향을 역전시켜서 유체 유동을 역전시키도록 작동할 수 있으며, 펌핑되는 유량은 축들의 상대적인 각도에 의해서 결정된다. 마지막으로, 본 발명의 개선된 펌프는, 축들 사이의 상대적인 각도와 방향의 범위에 걸쳐서 매 행정마다 거의 일정한 실린더내의 사용적 지점으로 피스톤을 복귀시키는 수단을 포함한다.

사용적 제어의 개선으로 인하여, 유체 유량 조정의 전 범위에 걸쳐서 유체 배출의 정확성이 향상된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1도에, 본 발명의 지지 조립체(40)상에 장착된 용적형 피스톤/실린더 조립체 (10)가 도시되어 있다. 회전 구동축(12)이 요크(14)에 고정되어 있으며, 요크(14)는 하우징(11)의 베어링 지지부에 장착되어 있다.

요크(14)안에 형성된 유니버셜 볼 앤드 소켓 베어링에서, 소켓(16)내의 볼 (18)은 실린더(26)내에 왕복 운동 및 회전가능하게 장착된 피스톤(24)에 고정되어 그 피스톤(24)에서 측면으로 돌출하는 아암(20)상에 미끄럼 운둥가능하게 장착된다. 일점 유니버셜 커플링의 원형 경로는 피스톤(24)을 회전시키고 왕복 운동시키는 동력 경로이다.

도시된 바와 같이, 실린더(26)에는 회전 플랫포옴(42)의 각 변위에 의해 선정된 유동 방향에 따라 입구 또는 출구로서 작용하는 2개의 구멍들(25, 27)이 설치되어 있다.

실린더(26)가 장착 스터드(41)로써 회전 플랫포옴(42)에 장착되는데, 그 장착 스터드(41)는 실린더(26)가 지지 프레임(44)에 대하여 시계방향과 반시계 방향으로 각을 이루어 회전 운동하게 한다. 피스톤(24), 실린더(26) 및 요크(14)가 서로에 대하여 거의 동축으로 정렬된 때, 다시 말하면 플랫포옴(42)이 지지 프레임(44)의 중앙으로 향하고 있을 때, 피스톤은 요크(14)가 회전하더라도 행정 운동 내지 왕복 운동하지 않는다. 따라서, 이러한 위치에서는 어떠한 펌핑 작용도 일어나지 않는다.

이같은 특성의 용적형 펌프에 관하여 알려진 바와같이, 실린더(26)가 제1도에 도시된 바대로 반시계 방향으로 피봇 운동한 때, 피스톤이 액체를 구멍(27)으로부터 뽑아내게끔 배향되어 작동하므로 구멍(27)은 출구가 되고 한편 구멍(25)은 입구로서 작용한다. 실린더(26)가 지지 프레임(44)의 중심으로부터 멀어지게 더 많이 각 변위됨에 따라서, 실린더(26)내 피스톤의 변위가 더 크게 되어 유체 유동량이 더 많아지게 된다. 실린더(26)가 지지부의 중간에 가까와짐에 따라서, 실린더(26)내 펌핑 피스톤의 변위가 더 작게되어, 결과적으로 유체 유동량이 더 적어진다. 실린더(27)가 지지 프레임 (44)상의 중간 위치로부터 시계방향으로 피봇운동한 때, 유체 유동의 방향이 역전되기 때문에 구멍(25)이 출구가 되고 구멍(27)이 입구가 된다. 지지 프레임(44)의 중간으로부터의 실린더(26) 각 변위의 크기가 피스톤 행정의 진폭, 즉 유체의 유량을 결정하게 된다.

본 발명에서는 실린더 사용적을 행정 길이 조정의 전 범위에 걸쳐서 일정하게 유지하도록 2개의 평행한 제어 축선들이 마련되어 있다. 이러한 2개의 축선은 소켓( 16)과 볼(18)에 의해 제공되는 유니버셜 연결 커플링에 의해 이동되는 원형 경로의 평면내에 접하게끔 위치된다. 따라서, 피스톤/실린더 조립체가 지지 프레임(44)의 중앙 위치로부터 반시계 방향으로 각 편향된 때, 그러한 편향의 제어 축선은 제2도의 중심선(86) 지점에서 원형 경로의 가장 우측(3시 방향)으로 접하게 되며, 반면에 시계 방향으로의 각 편향에 대한 제어 축선은 제2도의 중심선(87) 지점에서 유니버셜 커플링의 원형 경로의 가장 좌측(9시 방향)으로 접하게 된다.

이와같은 각 편향 이중 축선을 제공하기 위하여, 실린더(26)는 2개의 수직 기둥(46, 47) 형태의 베어링 수단이 있는 회전 플랫포옴(42)에 장착되는 데, 그 기둥들은 캠 표면(50)에 접촉되는 플랫포옴(42)상의 지시기 가장자리(43) 및 지지 프레임 (44)에 형성되는 베어링 소켓들(56, 57)과 함께 작동하여 플랫포옴(42)의 편향을 제어하는 이중 피봇 축선을 제공한다. 베어링 기둥들(46, 47)중 하나는 펌프 구동 축선에 대한 피스톤과 실린더 각각의 각 편향 방향을 지시하도록 사용된다. 기둥들(46, 47)의 중심선(86, 87)은 소켓(56, 57)에 끼인 때 지점들(76, 77)에 각각 접한다.

이와같이 캠 표면(50)은 한번에 오직 한개의 베어링 기둥만이 이동되게 하고, 각각의 베어링 기둥에 대하여 오직 한 방향으로만 그와같이 이동되도록 방향성을 구속하기 위하여 제공되는 것이다. 이처럼 독특한 배열로 인하여, 2개의 축선이 모두 동시에 구속된 때, 각도 편향이나 피스톤의 왕복 운동이 전혀 일어나지 않으므로, 유체가 전혀 펌핑되지 않게된다.

예를 들어 제1도에 도시된 바와같이, 피스톤 축선이 오른쪽으로 편향된 때, 좌측 기둥(47)은 구속에서 풀려나 이동되게 되지만 오른쪽 기둥(46)은 소켓(56)에 구속되어 캠작용하게 됨으로써 기둥(46)의 중심선(86)이 제어 축선으로서 작용한다. 각각의 제어 축선은 실린더의 피스톤의 최소 용적 지점에 해당하는 매펌프 주기의 지점에서 커플링의 원주방향 이동 경로에 접하기 때문에, 피스톤에 가해진 편향 각에 관계없이 매 주기마다 동일한 최소 용적 지점에 도달하게 됨을 알 수 있을 것이다. 그러므로, 펌프 시스템의 작동 범위에 걸쳐서 사용적이 최소로 일정하게 유지됨으로써 정확성과 제어성이 모두 증가되는 것이다.

Claims (9)

1. 유체의 출입을 위한 구멍과 유체를 수용하는 헤드 체임버를 가진 실린더, 상기 실린더내에 배치되어 축선을 가지는 회전가능한 피스톤, 상기 유체를 실린더 헤드 체임버 안팎으로 이송하도록 상기 구멍과 소통가능하게 상기 피스톤상에 위치한 덕트, 상기 피스톤을 일정한 사용적 지점으로 향하거나 또는 멀어지게 왕복 운동시키면서 동시에 상기 구멍에 대해 시간 동기된 관계로 회전시키는 수단 및 축선을 가진 피스톤 구동 수단, 및 상기 2개의 축선의 상대적인 각도에 의해 결정된 유량에서 유체 유동을 역전시키도록 상기 축선들 사이의 상대적인 각도를 역전시킴으로서 상기 시간 동기된 관계를 역전시키는 수단을 포함하는 무밸브, 가변 변위, 고정 헤드 용적의 피스톤 계량 펌프.
2. 제1항에 있어서, 상기 축선들 사이의 상대적인 각도를 조정하여 유량을 원하는 대로 제어할 수 있도록 회전 수단이 제공된 피스톤 계량 펌프.
3. 제2항에 있어서, 상기 회전 수단이 각각 대향하는 상대적인 각 이동방향에 대해 하나씩 한쌍의 조정된 회전 축선들을 포함하는 피스톤 계량 펌프.
4. 제1항에 있어서, 상기 2개의 축선들이 상기 구동 수단에 의한 원형 이동 경로에 반대 방향에서 접하게 위치되는 피스톤 계량 펌프.
5. 제4항에 있어서, 상기 회전 축선들중 하나 또는 그 이상의 축선을 이동하지 못하게 제한하도록 캠 수단이 제공되며, 상기 캠 수단은 양쪽 축선 모두가 이동하지 못하게 구속된 때, 각 편향이 0이고 피스톤의 왕복 운동과 유체의 펌핑이 일어나지 않도록 위치되어 있으며, 상기 축선들 사이의 상대적인 각도가 한 방향으로 이동하면 상기 회전 축선들중 하나가 상기 캠 수단에 의한 구속에서 풀려나 이동되고 다른 하나의 회전 축선은 구속된 채 캠작용하게 되어 제어 축선이 되고, 축선들의 상대적인 각도가 반대 방향으로 바뀜에 따라서, 상기 다른 회전 축선이 구속에서 풀려나 이동하게 되고 상기 하나의 회전 축선은 구속되어 캠작용 함으로써 제어 축선이 되는 피스톤 계량 펌프.
6. 제5항에 있어서, 상기 캠 수단은 상기 펌프를 지지하는 고정된 지지부내의 한쌍의 상응하게 떨어져있는 소켓들과 각각 분리가능하게 결합되는 한쌍의 떨어져 있는 기둥들을 가진 플랫포옴을 포함하며, 상기 각각의 회전 축선은 기둥이 상기 소켓에 결합된 때 기둥을 통과하게끔 위치되는 피스톤 계량 펌프.
7. 제6항에 있어서, 상기 플랫포옴이 한 방향으로 회전하면 상기 하나의 소켓을 둘러싸는 상기 지지부상의 표면이 상응하는 기둥에 결합되어 그 기둥을 구속하고, 한편 다른 기둥은 다른 소켓을 둘러싸는 상기 지지부의 표면과의 결합상태에서 해제되어 자유로이 변위되어지는 피스톤 계량 펌프.
8. 제5항에 있어서, 상기 회전 축선들은 제어 축선이 매 펌프 주기마다 한 지점에서 피스톤 연결 경로에 접하면서 교차하게끔 배열되며, 피스톤에 가해진 각도 편향에 관계없이 그 지점이 매 주기마다의 최소 용적지점이 되도록 함으로써 펌프의 작동 범위에 걸쳐서 사용적을 최소로 일정하게 유지하여 정확성과 제어성을 향상시키게 구성된 피스톤 계량 펌프.
9. 제1항에 있어서, 상기 구동 수단의 작동에 따라 상기 피스톤을 왕복 운동시키는 작용기 수단이 제공되어 있어서 유체가 상기 구멍들중 하나의 구멍으로부터 상기 덕트를 통해 상기 실린더 헤드 체임버안으로 유입된 다음 상기 덕트 및 상기 다른 하나의 구멍을 통하여 상기 실린더 헤드 체임버 밖으로 배출되며, 상기 작용기 수단이 상기 피스톤과 구동 수단의 축선들 사이의 각도 관계를 변경시켜서 피스톤의 행정 길이를 변경시키고 유체 유동 변경시키기 위한 회전 수단을 포함하며, 상기 회전 수단은 상기 실린더가 선정된 각 운동 방향에 따라 한쌍의 떨어져 있는 회전 축선들중 하나의 축선을 중심으로 회전 운동하도록 상기 실린더를 회전가능하게 지지하며, 2개의 회전 축선들은 상기 피스톤의 축선을 중심으로 한 피스톤의 원형 이동 경로에 서로 반대 방향에서 접하게 위치되며, 상기 캠 수단은 상기 회전 축선들중 적어도 하나의 축선과 결합되어 한번에 오직 하나의 회전 축선만이 자유로이 이동될 있게 하며, 각각의 회전 축선이 오직 한 방향으로만 이동될 수 있게 하고 상대적인 각 편향이 전혀없고 피스톤의 왕복 운동과 유체의 펌핑이 없을 때는 회전 축선 모두를 동시에 구속하도록 방향성을 구속하며, 상기 캠수단은 구동 축선에 대한 피스톤 축선의 편향에 반응하여 편향의 방향에 따라 하나의 회전 축선은 이동되게 하고 다른 회전 축선은 고정시키게 되어 있는 피스톤 계량 펌프.

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