KR20140074915A

KR20140074915A - 예비-압축 이중 스프링 펌프 제어

Info

Publication number: KR20140074915A
Application number: KR1020147008672A
Authority: KR
Inventors: 매튜 윌리암슨; 만모한 셈비; 세자르 타나수카; 카시케얀 가네산
Original assignee: 마그나 파워트레인 인크.
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2014-06-18
Also published as: EP2764249B1; JP2014528539A; CN103857912B; MX2014004217A; CN103857912A; WO2013049929A1; EP2764249A4; CA2851317A1; US20140294647A1; US9651046B2; EP2764249A1

Abstract

가변 용량 베인 펌프(20)는 펌프(20)의 용량을 변경시키기 위해 이동 가능한 펌프 제어 링(44)을 구비하여 제공된다. 제어 챔버(60)는 펌프 케이싱(22) 및 제어 링(44) 사이에 형성된다. 제어 챔버(60)는 펌프(20)의 용적을 감소시키기 위해 제어 링(44)을 이동시키는 힘을 생성하기 위해 가압된 유체를 수용하도록 작동 가능하다. 주된 리턴 스프링(56)은 최대 용적의 위치를 향해 제어 링(44)를 편향시키기 위해 케이싱(22)과 제어 링(44) 사이에 작용한다. 축은 제어 링에 일단이 결합되고 축의 제2 단부는 케이싱(22)으로부터 미리 정해진 거리에 위치된다. 이차적인 리턴 스프링(62)은 제어 링(44)이 미리 정해진 양으로 이동된 후에 제어 링(44)에 맞물리도록 구성되고 축에 대해 장착된다. 이차적인 리턴 스프링(62)은 최대 용적의 위치를 향해 제어 링(44)를 편향시킨다. 이차적인 리턴 스프링(62)은 제2 평형 압력을 설정시키기 위해 제어 챔버(60)의 힘에 대항하여 작용한다.

Description

예비-압축 이중 스프링 펌프 제어{PRE-COMPRESSION DUAL SPRING PUMP CONTROL}

본 출원은 매튜 윌리암슨(Matthew Williamson)이라는 이름으로, 2011년 10월 7일에 출원되고, 예비-압축 이중 스프링 펌프 제어(PRE-COMPRESSION DUAL SPRING PUMP CONTROL)라고 명칭이 붙은 미국 가특허출원 제61/544,841에 대하여 우선권을 주장하고, 그것의 전체 내용들은 모든 목적을 위해 여기에 포함된다.

본 발명은 일반적으로 개선된 펌프 디바이스에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 차량에서 이용을 위하여 엔진 내에 이용되는 오일 펌프와 같은 특별한 적용을 가지는 가변 용량 펌프 출력의 더 나은 제어를 제공하기 위한 제어 디바이스 및 개선된 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 펌프에서 오일 같은, 비압축성 유체들이 이용되는 것으로 공지되어 있다. 종종 그러한 펌프들은 가변 용량 베인(vane) 유형이다. 그러한 펌프들은 이동 가능한 펌프 링을 포함하고, 그것은 펌프의 회전자 편심(rotor eccentricity)이 펌프의 용량을 변화하게 한다.

압력을 유지하기 위해 펌프의 용적을 변경시키는 능력을 가지는 것은 자동차 윤활 또는 오일 펌프들 같은 환경들 내에서 바람직하고, 펌프는 작동 속도들의 범위를 넘어 작동될 것이다. 그러한 환경들에서, 평형 압력을 유지하기 위해 펌프의 출력으로부터 펌프 제어 링 또는 슬라이드에 인접한 제어 챔버로 작동 유체(예를 들어, 윤활유)의 피드백(feedback) 공급을 활용하는 것은 공지되어 있으며, 제어 챔버 내 압력은 펌프의 용량을 변경시키기 위해, 리턴 스프링으로부터 제어 링에 작용된 편심력에 대항하여, 제어 링을 이동시키기 위해 작용한다.

일반적으로, 차량의 엔진에 의해 작동되는 그러한 오일 펌프들에 대해서, 펌프의 출력에서 압력은 펌프의 작동 속도가 증가함에 따라 증가하고, 증가된 압력은 리턴 스프링의 편향력을 극복하기 위해, 펌프의 용량을 감소시키도록 제어 링을 이동시키기 위해 제어 링(또는 슬라이드)에 작용되고, 그러므로 출력 부피 및 펌프의 출력에서 압력을 감소한다.

펌프의 작동 속도가 감소할 때 펌프의 출력에서 압력이 떨어지므로, 제어 링(또는 슬라이드)에 인접한 제어 챔버에 작용된 압력은 감소한다. 제어 링에 인접한 제어 챔버에 작용된 압력이 감소할 때 리턴 스프링의 편향력은 펌프의 용량을 증가시키기 위해 제어 링을 이동시키고, 출력 부피 및 펌프의 압력을 증가시킨다. 이러한 방식으로, 평형 압력이 펌프의 출력에서 획득되고 및/또는 유지된다.

종래에는, 평형 압력이 엔진의 예상되는 작동 (예를 들어, 속도) 범위에 대해 허용 가능한 압력으로 선택되었다. 필연적으로, 엔진이 일반적으로 매우 넓은 범위의 속도들을 넘어 작동하므로 선택된 평형 압력은 절충안(compromise)이다. 평형 압력은 오일 펌프가 (엔진에 더 큰 양의 오일을 공급하기 위해) 더 높은 엔진 작동 속도들에서 요구되는 것보다 더 낮은 작동 유체 압력과 함께 더 낮은 작동 속도들에서 (엔진에 충분한 오일을 공급하기 위해) 허용 가능하게 작동하도록 선택된다. 엔진에 과도한 마모 또는 다른 손상을 제한하기 위해, 엔진 설계자들은 일반적으로 가장 안 좋은 경우 (높은 작동 속도) 조건들을 만족시키는 펌프에 대한 평형 압력을 선택할 것이다. 이것이 그 조건일 때, 더 낮은 속도들에서, 펌프는 그러한 속도들을 위해 필요한 것보다 더 큰 용량에서 작동할 것이고 에너지 펌핑(energy pumping)은 여분의, 불필요한, 작동 유체를 소모시킨다.

따라서, 보다 컴팩트한(compact) 펌프를 제공하면서 더 나은 패키징 유연성(packaging flexibility)을 제공하고 적어도 두 개의 평형 압력들을 구비하는 가변 용량 베인 펌프의 성능 특성들을 개선할 필요성이 상당히 존재한다.

본 발명에 따른 적어도 하나의 예시적인 실시예에서, 종래 기술의 적어도 하나의 단점을 완화시키고 제거시키는 가변 용량 펌프의 용량을 제어하는 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 적어도 하나의 예시적인 실시예에서, 종래 기술의 적어도 하나의 단점을 완화시키고 제거시키는 가변 용량 펌프가 개시된다. 본 발명에 따른 적어도 하나의 예시적인 실시예에서, 가변 용량은 더 우수한 패키징 유연성을 제공하면서 보다 컴팩트한 펌프를 제공한다.

본 발명에 따른 적어도 하나의 예시적인 실시예에서, 가변 용량 펌프, 특히 이동 가능한 펌프 제어 링(또는 슬라이드)을 구비하는 가변 용량 베인-유형 펌프가 개시된다. 이동 가능한 펌프 제어 링은 펌프의 작동 속도에 따라 펌프의 용량을 변경시킨다. 하나의 예시적인 실시예에서, 펌프는 두 개의 선택된 평형 압력들에서 작동 가능하다. 펌프는 그 안에 펌프 챔버를 구비하는 케이싱을 구비하고 베인 펌프 회전자는 펌프 챔버 내에 회전 가능하게 장착된다. 제어 링은 펌프 챔버 내에서 베인 펌프 회전자를 둘러싸고 펌프의 용량을 변경시키기 위해 펌프 챔버 내에서 이동 가능하다. 베인 펌프 회전자를 둘러싸는 제어 링은 펌프 케이싱을 따라 제어 챔버를 정의한다. 제어 챔버는 가압된 유체를 수용하고 압력은 펌프의 용적을 감소시키기 위해 제어 챔버 내에 제어 링을 이동시키도록 제어 링에 대해 작용한다.

본 발명에 따른 적어도 하나의 예시적인 실시예에서 가변 용량 펌프는 최소 용적으로부터 멀리 그리고 최대 용적의 위치를 향해 제어 링을 이동시키기 위해 편향력을 작용시키도록 케이싱(또는 다른 베이스(base)) 및 제어 링(또는 슬라이드) 사이에 작용하는 주된 리턴 스프링을 포함한다. 주된 리턴 스프링은 제1 평형 압력을 설정하기 위해 네트 아웃(net out)하는 편향하는 스프링을 향해 제어 링을 이동시키기 위해 제어 링에 작용된 제어 챔버의 힘에 대항하여 작용한다. 하나의 예시적인 실시예에서, 이차적인 리턴 스프링이 장착되고, 일 실시예에서 케이싱 내에 장착되며, 제어 링이 미리 정해진 양만큼 이동한 후에 제어 링에 결합하도록 구성된다. 이차적인 리턴 스프링은 또한 최대 용적의 위치를 향해 제어 링을 편향시킨다. 이차적인 리턴 스프링의 힘은 제2 평형 압력을 설정하기 위해, 제1 리턴 스프링의 힘과 함께, 제어 챔버의 힘에 대항하여 작용하도록 설계된다. 대안적인 예시적인 실시예에서, 이차적인 스프링은 예비 인장되고 제2 예비 인장된 스프링의 편향력의 작용을 지연시키기 위해 갭을 포함한다.

본 명세서 내에 포함되어 있음.

도 1은 본 발명에 따른 가변 용량 펌프의 부분적인 그래픽 평면도(graphic plan view)를 도시한다;
도 2는 도 1의 가변 용량 펌프에서 활용되는 제어 링 또는 슬라이드의 부분적인 그래픽 평면도를 도시한다;
도 3은 도 1의 가변 용량 펌프의 이차적인 스프링 시스템의 부분적이고, 개략적인 정면도를 도시한다;
도 4는 도 1의 가변 용량 펌프의 성능을 도시하는 그래프를 도시한다;
도 5는 본 발명의 대안적인 예시적인 실시예에 따른 가변 용량 펌프의 부분적인 그래픽 평면도를 도시한다;
도 6은 가변 용량 펌프에서 이용을 위해 대안적인 실시예에 따라 이차적인 이중 스프링의 부분적이고, 개략적인 정면도를 도시한다;
도 7은 가변 용량 펌프에서 이용을 위해 대안적인 실시예에 따라 이차적인 이중 스프링 시스템의 부분적이고, 개략적인 정면도를 도시한다;
도 8은 가변 용량 펌프에서 이용을 위해 대안적인 실시예에 따라 결합 이중 스프링 시스템의 부분적이고, 개략적인 정면도를 도시한다;
도 9는 가변 용량 펌프에서 이용을 위해 추가적으로 대안적인 실시예에 따라 모듈식의, 이차적인 스프링 시스템의 부분적이고, 개략적인 정면도를 도시한다;
도 10은 가변 용량 펌프에서 이용을 위해 추가적으로 대안적인 실시예에 따라 결합 이중 스프링의 부분적이고, 개략적인 정면도를 도시한다;
도 11은 가변 용량 펌프에서 이용을 위해 추가적으로 대안적인 실시예에 따라 결합 이중 스프링의 부분적이고, 개략적인 정면도를 도시한다.

일반적으로 도 1 내지 11, 그리고 특히 도 1 내지 3을 참조하여, 도 1에서 가장 잘 도시된 본 발명의 실시예에 따른 가변 용량 베인 펌프(variable capacity vane pump; 20)가 개시된다. 펌프(20)는 적합한 개스킷 실(gasket seal)과 같은 공지되거나 적절한 밀폐 디바이스를 이용하는 펌프 덮개(pump cover; 미도시)로 밀폐되는 프론트 페이스(front face)를 구비하는 케이싱(casing; 22)을 포함한다. 펌프(20)는 엔진(미도시) 등과 결합되고 밀폐되며 펌프(20)는 오일과 같은 가압된 작동 유체를 공급할 것이다.

펌프(20)는 펌프(20)를 작동시키기 위해 엔진 또는 다른 메커니즘으로부터 동력 인출 장치(power take off)와 같은, 적절한 구동 디바이스에 의해 구동되는 구동 축(drive shaft; 28)을 포함한다. 구동 축(28)이 회전되면서, 펌프 챔버(pump chamber; 36) 내부에 위치된 펌프 회전자(pump rotor; 32)는 구동 축(28)에 의해 구동된다. 회전자(32)가 회전하면서 일련의 이동 가능하거나 미끄러짐 가능한 펌프 베인들(pump vanes; 40)은 회전한다. 각각의 베인(40)의 외측 단부는 펌프 챔버(36)의 외측 벽을 형성하는 펌프 제어 링(pump control ring; 44)의 내주면과 맞물린다. 펌프 베인들(40)과 펌프 챔버(36)의 외측 벽은 펌프 챔버를 펌프 회전자(32)와 펌프 제어 링(44)의 내측면에 의해 추가적으로 정의되는 일련의 확장하고 수축하는 펌핑 챔버들(expanding and contracting pumping chambers; 48)로 분할한다.

펌프 제어 링(44)은 펌프 제어 링(44)의 중심이 회전자(32)의 중심에 대해 이동되게 하는 피봇 핀(pivot pin; 52)에서 케이싱(22) 내부에 장착된다. 펌프 제어 링(44)의 중심이 펌프 회전자(32)의 중심에 대해 편심으로(eccentrically) 위치되고 펌프 회전자(32)와 펌프 제어 링(440의 각각의 내부가 원형 형상이므로, 작동 유체 챔버들(48)의 부피는 챔버들(48)이 펌프 챔버(36) 주위를 회전하면서 변화하고, 그것들의 부피는 펌프(20)의 저압측(도 1에서 펌프 챔버(36)의 좌측)에서 커지고 펌프(20)의 고압측(도 1에서 펌프 챔버(36)의 우측)에서 작아진다. 작동 유체 챔버들(48)의 부피의 이러한 변화는 펌프(20)의 펌핑 작용을 발생시키고, 입구 포트(inlet port; 50)로부터 작동 유체를 끌어들이고 가압하고 출구 포트(outlet port; 54)로 그것을 전달한다.

피봇 핀(52)에 대해 펌프 제어 링(44)을 이동시키는 것에 의해 펌프 회전자(32)에 대한 편심 양은 작동 유체 챔버들(48)이 펌프(20)의 저압측(low pressure side)으로부터 펌프(20)의 고압측(high pressure side)으로 변화하여, 펌프(20)의 용적(volumetric capacity)이 변화하는 양을 다양하게 하기 위해 변화될 수 있다. 도 1 및 2를 여전히 참조하여, 주된 리턴 스프링(primary return spring; 56)은 도 1에 도시된, 위치로 펌프 제어 링(44)을 편향시키기 위해 케이싱(22) 및 제어 링(44)의 탭(tab; 55)에 맞물리고, 이때 펌프(22)는 최대의 편심을 가진다.

제어 챔버(60)는 펌프 케이싱(22), 펌프 제어 링(44), 피봇 핀(52) 및 케이싱(22)에 맞대고 펌프 제어 링(44) 상에 장착된, 탄력 있는 실(resilient seal; 68) 사이에 형성된다. 도 1에서 가장 잘 도시된 실시예에서, 제어 챔버(60)는 펌프 출구(54)와 직접적으로 유체 소통하여 펌프 출구(54)에 공급된 펌프(20)로부터 가압된 작동 유체가 제어 챔버(60)를 또한 채우게 한다. 그러나, 제어 챔버(60)는 펌프 출구(54)와 직접적으로 유체 소통할 필요가 없으며 대신에 자동차 엔진 내 오일 갤러리(oil gallery)로부터 펌프(20)에 의해 공급되는 것과 같이, 작동 유체의 적절한 공급원으로부터 공급될 수 있다.

특히 도 2를 참조하여, 펌프(20)의 이차적인 제어는 제1 또는 주된 탭(55)으로부터 원주방향으로 이격된 이차적인 탭(58)을 구비하는 제어 링(44)에 의해 제공된다. 케이싱(22)은 예압된(preloaded) 상태에서 이차적인 스프링(secondary spring; 62)을 수용하도록 구성된다. 이차적인 스프링(62)은 스프링(56), 바람직하게, 저비율(low rate) 스프링에 비해 고비율(high rate) 스프링이다. 도 1 및 3을 특히 참조하여, 케이싱(22)은 예압되거나(pre-loaded) 예비-압축된(pre-compressed) 상태 또는 위치에서 스프링(62)을 수용하도록 구성된다. 제어 링(44)의 이차적인 탭(58)은 갭(gap; 64)에 의해 스프링(62)으로부터 미리 정해진 거리로 이격되고, 제어 링(44)은 최대 유량 상태(maximum flow capacity state)에 있다.

작동 시에, 제어 챔버(60) 내에서 가압된 작동 유체는 펌프 제어 링(44)에 대항하여 작용한다. 펌프 상에 가압된 작동 유체의 압력으로부터 산출되는 힘이 리턴 스프링(56)의 편향력(biasing force)을 극복하기에 충분할 때, 펌프 제어 링(44)은 펌프(20)의 편심을 감소시키기 위해, 도 1 및 2에 도시된 것과 같이 반-시계 방향으로 피봇 핀(52)에 대해 피봇한다. 제어 링(44) 상에 작용하는 가압된 작동의 압력이 리턴 스프링(56)의 편향력을 극복하기에 충분하지 않을 때, 펌프 제어 링(44)은 펌프(20)의 편심을 증가시키기 위해, 리턴 스프링(56)의 힘에 의해 피봇 핀(52)에 대해 시계방향으로 피봇된 채로 있는다. 펌프(20)의 출력(output)에서 유체의 특성(압력 및 흐름)은 펌프의 작동 속도의 함수로 그래프화될 수 있다. 도 4를 참조하여, 그래프의 "a" 구역은 펌프(20)의 편심이 최대이고 제어 링(44)이 제어 링(44)에 대한 리턴 스프링(56)의 힘에 의해 가장 큰 시계방향 위치에 있을 때 펌프(20)의 성능을 나타낸다. 펌프(20)에 의한 유체 출력의 흐름은 고정되거나 최대 용량 라인을 따르고 유체의 압력은 상기 고정된 용량과 관계 있는 부하 저항 곡선(load resistance curve)을 따른다.

그래프에서 "b" 구역은 저비율 리턴 스프링(56)의 예압(pre-load)이 제어 링(44)에 대해 작용하는 압력에 의해 극복되고 제어 링(44)이 피봇하는 지점을 나타낸다. 출력에서 유체의 압력 및 흐름은 주된 리턴 스프링(primary return spring; 56)의 스프링 힘과 압력 사이의 평형(equilibrium)에 따라 실질적으로 일정하게 유지된다. 이 지점에서, 이차적인 탭(58)은 고비율 스프링(62)과 접촉하지 않는다.

그래프의 "c" 구역은 도 3에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 갭(64)이 제로(zero)에 근접하고, 이차적인 탭(58)이 고비율 또는 이차적인 스프링(2)에 접촉하나, 챔버(60) 내 압력이 이차적인 스프링(62)의 예압을 극복하기에 충분히 높지 않을 때를 나타낸다. 그러므로 펌프(20)의 편심은 중간 값에서 일정하게 유지되고 출력 흐름은 다른 (더 작은) 고정된 용량 라인을 따른다. 흐름의 압력은 펌프 변위(displacement)의 이러한 더 낮은 값에 관한 새로운 부하 저항 곡선을 따른다.

도 4의 그래프의 "d" 구역은 제어 링(44)에 대해 챔버(60) 내에서 작용하는 유체 압력이 고비율 스프링(62)의 예압을 극복하고 제어 링(44)이 피봇(52)에 대해 반시계 방향으로 다시 이동하는 것을 나타낸다. 펌프 출구 압력 및 흐름은 챔버(60) 내 압력 및 스프링들(58 및 62)의 결합된 힘들 사이의 평형에 따라 실질적으로 일정하게 유지된다. 챔버(60) 내 가압된 작동 유체의 압력이 리턴 스프링들(56 및 62)의 결합된 편향력들을 극복하기에 충분하지 않을 때, 펌프 제어 링(44)은 펌프(20)의 편심을 증가시키기 위해 시계 방향으로 피봇 핀(52)에 대해 피봇한다.

제1 및 제2 스프링들(56 및 62)의 배치는, 각각, 케이징(22) 내부에 별개의 하우징들이 있는 것으로 도 1-3에 도시된다. 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 두 개의 스프링들(56 및 62)이 동일한 하우징 내부에 동심의 스프링들을 포함하는, 다른 구성들 내에 배치될 수 있다는 것은 통상의 기술자들에게 명백하나, 다른 배치들은 명백하지 않은 것으로 고려되는 특별한 패키징(packaging) 및 성능 개선들을 제공하는 것으로 발견되었다. 도 5에 개시된 하나의 특별한 예에서, 도 1 내지 3에 비해서 제2 스프링(62)의 대안적인 배치가 도시된다. 도 5의 대안적인 예시적인 실시예에서, 대안적인 실시예의 가변 용량 펌프(20)는 도 1의 실시예와 유사한 제어 링(44)의 제1 탭 또는 연장 부재(55)와 연관된 제1 제어 스프링(62)을 포함한다. 도 5의 펌프(20)는 제어 링(44)의 탭 또는 제2 연장 부재(58)에 대해 작용하는 제2 스프링(62)을 더 포함한다. 도 5의 펌프(20)는 탭(58) 내에 홀 또는 통로를 통과하는 제1 단부를 구비하는 축을 더 포함하고 축은 거기서부터 멀리 하우징(22)과 함께 갭(g)을 정의하는 제2 단부로 연장한다. 축의 제1 단부는 제어 링(44)에 축을 고정하기 위해 한 쌍의 너트를 이용하여 제어 링(44)의 탭(50)에 결합되나 공지되거나 적합한 패스너(fastener) 또는 유사한 디바이스를 이용하여 결합될 수 있다. 축의 제2 단부는 축의 제2 단부의 예비 인장 요소(pretension element)와 탭(58) 사이에 스프링(62)을 가두기 위한 숄더(shoulder)를 정의하기 위해 제2 단부에 형성되거나 결합된 예비 인장 요소를 포함한다. 도 5의 펌프(20)의 작동은 도 1-4의 실시예의 그것과 유사할 수 있다.

도 6에 도시된 펌프(20)의 대안적인 실시예를 참조하여, 펌프(20)는 도 6에서 축이 프레스-장착된 칼라(press-fitted collar)를 이용하여 제어 링(44)의 탭(58) 내의 통로에 결합되거나 고정되는 것을 제외하고 도 5의 다른 대안적인 예시적인 실시예의 펌프(20)와 대체로 매우 유사하다. 프레스-장착된 칼라는 제어 링의 탭(58)과 축의 제2 단부의 예비 인장 요소의 숄더 사이에 가둬진, 제2 스프링을 예비 인장하기 위해 축의 제1 단부에 고정되고 또한 도 4에 도시된 바람직한 작동 곡선을 따라 작동하도록 도 6에 따른 가변 용량 베인 펌프(20)를 구비하기 위해 요구되는 갭(g)을 정의하도록 설계된다.

도 7 및 9에 도시된 펌프들(20)의 대안적인 실시예들을 참조하여, 펌프들(20)은, 펌프들(20)이 갭(g)을 정의하고 제2 제어 스프링(62)을 작동시키거나 유지하기 위해 모듈식(modular) 또는 제2 하우징(80)을 포함한다는 점을 제외하고, 도 1 또는 5의 펌프들(20)과 대체로 매우 유사하다. 제2 하우징(80)은 일반적으로 변리 명세서(Attorney Docket) 제 1596.028P1 MPT# 709301호에서 제어 링(44)의 탭(58)과 정렬된 제1 단부 및 제1 단부로부터 먼 제2 단부를 구비하는 직사각형(도면들에서 단면으로 도시된) 부재이다. 도 7에서 제2 단부는 제2 하우징(80) 내부에 제2 제어 스프링(62)을 유지하기 위해 그리고 슬라이드(slide) 또는 제어 링(44)에 제2 스프링(62)의 힘을 전달하기 위해 프레스-장착된 플러그(plug)를 이용하여 바람직하게 폐쇄된다. 도 7 및 9의 대안적인 예시적인 실시예들에서, 제어 링(44)의 탭 또는 연장 부재(58)는 제1 부분 및 제1 부분으로부터 각이 지게 정렬된 제2 부분을 포함한다. 바람직하게 제2 부분은 제어 링(44) 및 제2 스프링(62) 사이에 힘들을 전달하기 위해 제1 부재에 접촉하고 하우징(80)의 제1 단부 내에 통로를 통과하도록 하우징(80)의 제1 단부를 향해 정렬된다. 하우징(80)의 제1 단부 내에 개구는 하우징(80)의 제1 단부의 길이를 이용하는 갭(g)을 정의하도록 설계된다. 도 7 및 9의 펌프(20) 내 압력이 펌프들(20)의 속도와 함께 증가함에 따라, 탭(58)의 제2 부분은 제1 부재가 제2 단부를 향해 하우징(80)내에서 이동함에 따라 제2 스프링(62)에 힘을 전달하는 제1 부재에 접촉할 때까지 갭(g) 거리를 통과하여 이동한다. 탭(58)의 제2 부분에 대해 각이 지게 연장하는 탭(58)의 제2 부분은 바람직하게 탭(58) 및 제어 링(44)을 위해 이동(travel)의 한계를 정의하기 위해 이용될 수 있다.

각각 도 8에 도시된 것과 같이, 스프링 하우징(80) 및 제1 및 제2 스프링들(56 및 62)을 포함하는 펌프(20)의 대안적인 예시적인 실시예를 참조하여, 하우징(80)은 제1 및 제2 제어 스프링들(56 및 62)을 각각 유지하는 것으로 도시된다. 도 8의 하우징(80)은 제1 및 제2 제어 스프링들(56 및 62)이 각각, 보다 근접하게 함께 위치될 수 있으므로(co-located), 펌프들(20) 내에 상당히 개선된 패키징 유연성을 제공한다. 특히, 제1 및 제2 제어 스프링들(56 및 62)은 각각 하우징(80) 내에 평행하게 또는 나란히 정렬되고, 각각의 제1 및 제2 제어 스프링들(56 및 62)의 제1 단부는 각각 하우징(80) 내부에서 연장하는 공통된 제1 부분 또는 벽(82)에 대항하여 작용한다. 도 7 및 9의 대안적인 예시적인 실시예들과 유사하게, 스프링 하우징(80)은 보다 모듈식으로 마련될 수 있어 펌프(20)의 하우징(22)과 일체로 또는 분리하여 제작될 수 있고 하우징(22) 또는 펌프(20)의 다른 부분과 일체로 제작될 수 있다. 하우징(80)의 그러한 설계는 펌프(20)의 상당히 큰 설계 유연성 및 활용을 제공한다. 하우징(80)이 대체로 직사각형 단면을 구비하는 것으로 도시되었으나, 다른 형상들이 가능하다는 것은 이해될 수 있다.

도 10 및 도 11에 도시된 대안적인 예시적인 실시예들을 참조하여, 펌프(20)는 각각 하우징(80) 및 제1 및 제2 스프링들(56 및 62)의 배치들을 포함한다. 공통된 하우징(80)은, 도 8에 도시된 나란하거나 평행한 배치에 비해 인-라인(in-line) 또는 시리즈(series) 배치로, 각각, 제1 및 제2 제어 스프링들(56 및 62)을 유지하는 것으로 도시된다. 도 10 및 11의 하우징(80)은 제1 및 제2 제어 스프링들(56 및 62)이 각각 보다 근접하게 정렬되고 함께 위치될 수 있으므로 또한 펌프(20) 내에 상당히 개선된 패키징 유연성을 제공한다. 특히, 제1 및 제2 제어 스프링들(56 및 62)은 각각 하우징(80) 내부에 인-라인으로 정렬된다. 도 10을 특히 참조하여, 제1 스프링(56)은 제어 링 또는 슬라이드(44)의 탭(58)에 가장 근접하게 위치되고 제2 제어 스프링(62)은 멀리 위치된다. 실질적으로 t-형상을 구비하는 핀(pin)은 제1 및 제2 스프링들(56 및 62) 사이에, 각각, 위치된다. 탭(58)은 우선 탭(58)이 핀과 접촉하고 제2 스프링(62)(스프링 2)을 압축하기 시작할 때까지 주어진 거리를 넘어 스프링(56)(스프링 1) 상에 작용할 것이다. 도 11에 도시된 대안적인 실시예는 t-형상의 핀이 제1 제어 스프링(56) 및 제어 링 또는 슬라이드(44)의 탭(58) 사이에 위치되고 리테이너(retainer)가 제2 제어 스프링(62) 및 핀의 제2 단부 사이에 제공되어 일단 제1 제어 스프링(56)(스프링 1)이 주어진 거리를 압축하면, 탭(58)으로부터의 힘이 제2 제어 스프링(62)(스프링 2)의 힘에 대항하여 작용되기 시작할 것이라는 점을 제외하고, 도 10의 그것과 유사하다.

더 낮은 값과 더 높은 값 사이에 적어도 2개의 유닛들(units)의 분리가 있다면 여기에서 또는 도면들에서 언급된 수의 값들은 하나의 유닛의 증가량들(increments) 내에 더 낮은 값에서 더 높은 값까지 모든 값들을 포함하는 것으로 의도된다. 예시로서, 만약 예를 들어 온도, 압력, 시간 등과 같이 변화 가능한 프로세스의 값 또는 구성요소의 양이 예를 들어, 1에서부터 90까지, 바람직하게 20에서부터 80까지, 보다 바람직하게 30에서부터 70까지로 언급된다면, 15 내지 85, 22 내지 68, 43 내지 51, 30 내지 32 등과 같은 값들은 이 명세서 내에서 명백하게 열거되는 것으로 의도된다. 1보다 작은 값들에서, 하나의 유닛은 0.0001, 0.001, 0.01 또는 0.1이 타당하다고 고려된다. 이것들은 오직 구체적으로 의도되는 예시들이고 열거된 가장 낮고 가장 높은 값 사이의 수의 값들의 모든 가능한 조합들은 유사한 방식으로 이 출원 내에 명백하게 언급되도록 고려되는 것이다. 보여지는 바와 같이, 여기에서 "중량 부품들(parts by weight)"이라고 표현된 양들의 의미는 또한 중량 비율(percent by weight) 관점에서 표현된 동일한 범위들을 의도한다. 그러므로 "최종적인 중합체 혼합 구성물의 V 중량 부품들(V parts by weight of the resulting polymeric blend composition)"에 관한 범위의 본 발명의 상세한 설명에서의 표현은 또한 최종적인 중합체 혼합 구성물의 중량 비율로 "x"의 동일한 언급된 양의 범위들의 가르침을 의도한다.

달리 언급되지 않는 한, 모든 범위들은 양쪽의 끝점들(endpoints) 및 끝점들 사이의 모든 수들을 포함한다. 범위와 연관하여 "약(about)" 또는 "대략(approximately)"의 사용은 범위의 양 끝들에 적용된다. 그러므로, "약 20 내지 30(about 20 to 30)"은 적어도 구체적인 끝점들을 포함하여, "약 20 내지 약 30(about 20 to about 30)"을 포함하도록 의도된다.

특허 출원들 및 공개들을 포함하는, 모든 문서들 및 참조문헌들의 공개들은 모든 목적들을 위해 참조로서 포함된다. 결합을 설명하기 위해 "필수적으로 포함하는(consisting essentially of)"이라는 용어는 확인된 요소들, 성분들, 구성요소들 또는 단계들, 및 조합의 기본적이고 새로운 특징들에 실질적으로 영향을 미치지 않는 다른 요소들, 성분들, 구성요소들 또는 단계들을 포함할 수 있다. 여기에서 요소들, 성분들, 구성요소들 또는 단계들의 조합들을 설명하기 위해 "포함하는(comprising)" 또는 "포함하는(including)"이라는 용어들의 사용은 또한 요소들, 성분들, 구성요소들 또는 단계들을 필수적으로 포함하는 실시예들을 의도한다. 여기에서 "할 수 있다(may)"라는 용어의 사용은, 포함될 수 있는 설명된 특징들(attributes)이 임의적이라는 것으로 의도된다.

복수의 요소들, 성분들, 구성요소들 또는 단계들은 단일의 통합된 요소, 성분, 구성요소 또는 단계에 의해 제공될 수 있다. 그 대신에, 단일의 통합된 요소, 성분, 구성요소 또는 단계는 별개의 복수의 요소들, 성분들, 구성요소들 또는 단계들로 분할될 수 있다. 요소, 성분, 구성요소 또는 단계를 설명하기 위해 "하나의(a)" 또는 "일(one)"의 개시는 추가적인 요소들, 성분들, 구성요소들 또는 단계들을 배제하도록 의도되지 않는다.

위의 상세한 설명은 설명적이고 비 제한적인 것으로 의도되는 것은 이해된다. 제공된 예시들과 함께 많은 적용들뿐만 아니라 많은 실시예들은 위의 상세한 설명을 해석할 때 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 위의 상세한 설명을 참조하지 않고 결정되어야 하고, 대신에 첨부된 청구항들을 참조하여, 그러한 청구항들이 붙여지는 균등물들의 모든 범위와 함께 참조하여 결정되어야 한다. 특허 출원들 및 공개들을 포함하는, 모든 문서들 및 참조문헌들의 공개들은 모든 목적들을 위해 참조로 포함된다. 여기에 개시된 발명 대상(subject matter)의 측면의 다음의 청구항들에서 생략은 그러한 발명 대상의 권리의 포기(disclaimer)가 아니고, 발명자들이 그러한 발명 대상을 개시된 혁신적인 발명 대상의 일부가 되게 고려하지 않는 것으로 간주되지 않는다.

20: 펌프
22: 케이싱
32: 펌프 회전자
44: 제어 링
56: 주된 리턴 스프링
60: 제어 챔버
62: 이차적인 리턴 스프링

Claims

펌프의 출력 용량을 변경시키기 위해 이동 가능한 펌프 제어 링을 구비하는 가변 용량 베인 펌프에 있어서,
상기 가변 용량 베인 펌프는,
안에 펌프 챔버를 구비하는 펌프 케이싱, 상기 펌프 케이싱은 입구 포트 및 출구 포트를 구비함;
상기 펌프 챔버 내에 회전 가능하게 장착된 베인 펌프 회전자;
상기 펌프 챔버 내부에 상기 베인 펌프 회전자를 둘러싸는 제어 링, 복수 개의 베인들은 상기 회전자에 작동 가능하게 결합되고 상기 입구 포트로부터, 상기 펌프 챔버를 통해 상기 출구 포트로 유체를 펌핑하기 위해 상기 제어 링에 마찰로 결합되며, 상기 제어 링은 상기 펌프의 용적을 변경시키기 위해 상기 펌프 챔버 내에서 이동 가능함;
상기 펌프 케이싱 및 상기 제어 링에 의해 정의된 가변 제어 챔버, 상기 펌핑 챔버들의 최소 용적의 위치를 향해 상기 제어 링을 편향시키기 위한 힘을 생성하기 위해 가압된 유체를 수용하도록 작동 가능함;
상기 펌프의 더 큰 용적의 위치를 향하는 방향으로 상기 제어 링을 편향시키기 위한 제1 리턴 스프링, 상기 제1 리턴 스프링의 힘은 제1 평형을 설정시키기 위해 상기 제어 링의 힘에 대항하여 작용함; 및
상기 펌프의 더 큰 용적의 위치를 향하는 방향으로 상기 제어 링을 편향시키기 위한 제2 리턴 스프링, 상기 제2 리턴 스프링의 힘은 상기 제어 링이 상기 제1 리턴 스프링의 편향력에 대항하여 적어도 제1 미리 정해진 양으로 이동된 후에 상기 제어 링의 힘에 대항하여 작용함;
을 포함하는 가변 용량 베인 펌프.
제1항에 있어서,
상기 제2 리턴 스프링은 예압되는 가변 용량 베인 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어 링에 결합된 제1 단부와 상기 제1 단부로부터 멀리 위치된 제2 단부를 구비하는 축 및 제어 스프링을 더 포함하고, 상기 축의 제2 단부는 상기 펌프의 하우징으로부터 미리 정해진 거리로 이격되고, 상기 제2 스프링은 상기 제어 링 및 제2 단부 사이에 위치되는 가변 용량 베인 펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축 및 상기 제2 리턴 스프링의 적어도 일부를 포함하기 위한 제2 하우징을 더 포함하는 가변 용량 베인 펌프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축 및 상기 제2 리턴 스프링의 적어도 일부를 포함하기 위한 제2 하우징을 더 포함하고 상기 제2 하우징은 프레스-핏 플러그를 포함하는 제2 폐쇄된 단부 및 제1 단부를 포함하는 가변 용량 베인 펌프.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축 및 상기 제2 리턴 스프링의 적어도 일부를 포함하기 위한 제2 하우징을 더 포함하고 상기 제2 하우징은 상기 하우징 내에 제2 제어 스프링을 가두고 상기 제2 하우징의 숄더에 결합된 리테이너 클립을 포함하는 제2 폐쇄된 단부 및 제1 단부를 포함하는 가변 용량 베인 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어 링은 안에 통로를 구비하는 연장 부재를 포함하고, 상기 가변 용량 펌프는 상기 제어 링의 연장 부재 내 통로를 통과하는 제1 단부 및 상기 제1 단부로부터 먼 제2 단부를 구비하는 축을 더 포함하고, 상기 제1 단부는 숄더를 구비하고 제2 제어 스프링은 상기 축의 숄더 및 상기 제어 링의 연장 부재 사이에 위치되는 가변 용량 베인 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어 링에 결합된 제1 단부와 상기 제1 단부로부터 멀리 위치된 제2 단부를 구비하는 축 및 제어 스프링을 더 포함하고, 상기 축의 제2 단부는 상기 펌프의 하우징으로부터 미리 정해진 거리로 이격되고, 상기 제2 스프링은 상기 제어 링 및 제2 단부 사이에 위치되는 가변 용량 베인 펌프.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 제어 스프링이 작용하고 제2 제어 스프링이 작용할 때 사이에 갭(g)을 정의하고 상기 제1 및 제2 제어 스프링들을 유지하기 위한 제2, 모듈식 하우징을 더 포함하는 가변 용량 베인 펌프.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 제어 스프링이 작용하고 상기 제2 제어 스프링이 작용할 때 사이에 갭(g)을 정의하고 상기 제1 및 제2 제어 스프링들을 유지하기 위한 제2, 모듈식 하우징을 더 포함하고 상기 제1 및 제2 제어 스프링들은 평행하게 정렬되는 가변 용량 베인 펌프.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 제어 스프링이 작용하고 상기 제2 제어 스프링이 작용할 때 사이에 갭(g)을 정의하고 상기 제1 및 제2 제어 스프링들을 유지하기 위한 제2, 모듈식 하우징을 더 포함하고 상기 제1 및 제2 제어 스프링들은 직렬로 정렬되는 가변 용량 베인 펌프.