KR20080113028A - 로터리 모터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 길다란 관형의 하우징, 상기 하우징 내에 축방향으로 변위가능한 방식으로 장착되며 압력실 내의 압력유체의 영향을 받게 됨으로써 축방향으로 구동될 수 있는 피스톤(3), 및 상기 하우징 의 안쪽에 축방향으로 고정되는 방식으로 장착되며 회전축을 중심으로 회전가능하게 구성되는 적어도 1개의 샤프트(6)를 포함하는 토크 모터에 관한 것이다. 상기 피스톤은 샤프트 구멍에 오목부를 포함하고, 이에 의해 상기 피스톤을 상기 샤프트 상에 축방향으로 변위가능하게 하도록 한다. 본 발명에 따르면, 상기 샤프트는 샤프트 구멍에 있는 오목부에 대하여 회전축이 오프셋되는 크랭크샤프트를 갖는다. 상기 샤프트 구멍의 각각의 오목부를 통하여 미끄럼가능하게 뻗는 샤프트 부분은 상기 샤프트의 회전축에 대해 레버아암을 갖고, 이에 의해 하우징(1)에 대한 샤프트의 회전운동으로 또는 그 반대의 회전운동으로 샤프트와 피스톤 사이 및/또는 피스톤과 하우징 사이의 나선형 결합경로를 갖는 피치와 피스톤의 축방향 변위에 의해 일어나는 반경방향의 힘을 변환시킨다. 본 발명에 따르면, 상기 샤프트 구멍의 오목부는 피스톤 단면에 대해 대략 피스톤의 중앙에 배치되어, 상기 피스톤의 회전 록킹이 필요하지 않는다.
Description
본 발명은 로터리 모터(rotary motor)에 관한 것으로, 바람직하게는 건설기계(construction machinery), 호이스트 기어(hoisting gear), 트럭(truck) 등에 사용되는 피벗 드라이브(pivot drive)에 관한 것이며, 이 피벗 드라이브는 길다랗고 대략 관형의 하우징(tubular housing), 하우징 내에 축방향으로 변위가능하게 수용되며 압력실(pressure chamber) 내에 압력매체(pressure medium)를 충전(充塡)함으로써 축방향으로 구동될 수 있는 적어도 1개의 피스톤, 및 하우징 내에 축방향으로 고정되고 회전축을 중심으로 회전가능하게 수용되는 적어도 1개의 샤프트(shaft)를 포함하며, 상기 피스톤은 상기 샤프트 상에 축방향으로 변위가능하게 위치되는 샤프트통과절결부(shaft passage cut-out)를 갖는다.
이러한 로터리 모터에 의하면, 피스톤의 축방향 운동은 대응하는 압력실들을 경유하여 압력매체에 의해 작용될 수 있는데, 상기 하우징에 대한 샤프트 또는 상기 샤프트에 대한 하우징의 회전으로 변환된다. 대체로, 이러한 목적을 위해, 샤프트는 하우징에 대하여 회전가능하게 고정되어 안내되는 피스톤과 나사결합하여 있다. 이러한 로터리 모터는 예를 들면, De 201 07 206에 개시되어 있는데, 여기서 피스톤은 한편으로는 원형의 실린더 하우징(circularly cylindrical housing)의 내부 자켓표면(jacket surface)에 회전가능하게 고정되어 안내되며, 다른 한편으로는 샤프트의 나사산부(threaded section)에 나사결합하여 있다. 피스톤이 유압식 충전(hydraulic charging) 또는 공압식 충전(pneumatic charging)에 의해 하우징 내에 축방향으로 변위되면, 그 축방향 운동은 나사결합을 통해 샤프트의 회전운동으로 변환된다. 샤프트 및/또는 하우징에 대한 피스톤의 씰링(sealing)은 이러한 점에서 문제가 있다. DE 201 07 206은 나사결합부와 이격되어 있고 슬라이딩가능하고 피스톤과 샤프트 사이의 씰링을 위해 샤프트 씰링부에 씰링되는 씰링부(sealing portion)를 피스톤에 설치하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 이러한 타입의 피스톤 구조들은 구조 크기에 대해 불리한 점이 있고 대량 생산을 위한 노력과 결부되어 있다. 또한, 상이한 힘 관계는 상이한 회전방향으로의 작동 때문에 발생한다.
또한, 로터리 모터는 JP 61-278606 A로부터 알려져 있는데, 그 샤프트는 축방향으로 변위가능한 피스톤에 삽입되는 카운터피스(counterpiece)가 슬라이딩되고 씰링을 행해야 하는 나선형 캠부(spiral cam section)를 갖는다. 여기에서 샤프트와 피스톤 모두의 디자인은 매우 복잡하게 되어 있다. 또한, 피스톤의 전체 조정경로(adjustment path)에 걸쳐 일정한 회전운동이 전혀 실행될 수 없다. 또한, JP 63-130905 A는, 샤프트가 나사산(screw thread)의 형상으로 되어 있는 톱니 구조(toothed arrangement)를 갖고 피스톤의 나사산의 형상으로 맞물리는 톱니 구조가 설치되는 로터리 모터를 보이고 있다. 피스톤 로드에 대한 피스톤의 씰링은 전적으로 나사의 톱니 구조의 맞물림에 의해 실행되어야 하는데, 이에 따라 고압력 및/또는 저점성(low viscosity) 매체로 상응하는 누출을 초래하여 비효율적인 작동만을 허용할 뿐이다. 또한 이러한 점에서 마찬가지의 문제는 실린더에 대한 피스톤의 회전으로부터의 안전성 때문에 발생한다.
또한 거친나사선(coarse thread)의 톱니 구조를 갖는 공지의 로터리 모터들은, 대량의 손실이 마찰에 의해 영향을 받는 고면적의 압착과 표면으로 인하여 야기되므로 효율성이 매우 나쁘다. 이러한 로터리 모터들의 적용 분야는 또한 오늘날까지 윤활부분들을 갖는 압력매체에 제한되었다.
이러한 점에서, 본 발명의 목적은 종래기술의 불리한 점을 회피하여 유용한 방식으로 더 개발하여, 상기한 타입의 개선된 로터리 모터를 제공하는데에 있다. 바람직하게는, 사용하는 액체매체와 관계없이 짧은 모터구조 길이에 의해 효율성 좋게 높은 토크와 큰 회동각(swing angle)을 일으킬 수 있도록, 씰링을 하기가 간단한 비용 효율적인 피스톤/샤프트를 제공할 필요가 있다.
본 발명에 따라, 상기 목적은 청구항 1에 의한 로터리 모터에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 구성들은 그 종속항의 요지로 된다.
따라서, 본 발명은 샤프트와 피스톤 사이의 나사결합을 제공하고 피스톤의 축방향 운동을, 하우징에서 피스톤의 회전가능하게 정해진 안내(rotationally fixed guidance)에 의해 샤프트와 하우징 사이의 회전운동으로 변환하는 이전의 접근방법으로부터 진행한다. 대신에 피스톤은 나선형 결합(sprial engagement)의 피치의 웨지효과(wedge effect)와 관련하여 크랭크 원리에 따라 샤프트를 작동시킨다. 놀랍게도, 이 점에서, 피스톤의 축방향 운동을 샤프트의 회전운동으로 변환하는 로터리 모터의 피스톤이 본 발명에 의해 배척되는, 어떠한 형태라도 회전하지 않게 되어야 한다는 것을 항상 따르는 접근법을 바꾸는 것이 가능하다. 본 발명에 따라, 상기 샤프트는 샤프트통과절결부에 대하여 회전축이 오프셋(offset)되는 크랭크샤프트를 갖는다. 샤프트통과절결부를 각각 통과하는 샤프트 편(shaft piece)은 샤프트의 회전축에 대향하고, 하우징에 대한 샤프트의 회전운동으로 또는 그 반대의 회전운동으로 샤프트와 피스톤 사이 및/또는 피스톤과 하우징 사이의 나선형 결합트랙(spiral engagement track)을 갖는 피치(pitch)와 피스톤의 축방향 변위(axial displacement)에 기인하여 일어나는 피스톤과 샤프트 사이의 결합에서 반경방향의 힘(radial force)을 변환하는 레버아암(lever arm)을 갖는다. 바람직한 힘 출력조건들을 얻기 위해, 이 점에서 특히, 하우징에 대한 피스톤의 회전성이 부여되도록 피스톤의 회전에 대한 안전장치(security)가 생략된 채로, 샤프트통과절결부가 피스톤의 단면(cross-sectional surface)에 대하여 피스톤에 대략 중앙에 배열하는 것을 제안한다. 기울기의 작은 모멘트(moment) 및 낮은 로킹력(locking force)은 대략 피스톤의 단면적의 영역 중앙에 샤프트통과절결부를 배열함으로 인하여 일어나는데, 이는 피스톤의 회전성(rotatability)과 회전 또는 별도의 안내에 대한 안전장치의 결여로 인해 유지된다. 또한, 작은 로킹력으로의 최대유효 레버아암(lever arm)은 샤프트통과구멍의 중앙 배열에 의해 동시에 달성될 수 있다. 중심을 벗어난 샤프트통과구멍은 본질적으로 샤프트의 레버아암을 확실히 더 증가시킬 수 있지만, 반대방향으로의 레버아암에 따른 대향력(opposing force)은, 특히 이 경우에서 기울기 모멘트가 보상되어 효능을 저하시킬 수 있으므로 그 효과를 다시 받게 될 것이다. 또한, 하우징에 대한 피스톤의 회전성은 일반적으로 샤프트 부분의 가변피치(variable pitch)를 가능하게 한다.
피스톤에 대해, 그리고 특히 샤프트에 대해서도 간단한 기하학적 구조(geometry)가 선택되기 때문에, 생산노력은 피스톤과 샤프트 또는 피스톤과 하우징 사이의 통상의 보통나사톱니형 구조(coarse-thread toothed arrangement)에 대해 실질적으로 감소될 수 있다. 상기한 힘들은 큰 면적에 걸쳐 발생될 수 있고 특히 피스톤과 샤프트 사이 그리고 또한 하우징과 피스톤 사이의 씰(seal)의 복잡한 실시형태를 회피할 수 있다. 또한, 이러한 힘들은 나사산 톱니형 구조를 갖는 토크 전달에 기인하여 일어나는 변형(strain)에 노출되지 않는다. 사용될 수 있는 퍄스트와 피스톤의 간단한 기하학적 구조는 본질적으로 간단하고 비용면에서 효과적인 생산을 증진시켜 가변성 설치치수에 용이하고 신속하게 더 적합되게 할 수 있을 뿐만 아니라, 샤프트와 피스톤에서 향상된 표면품질을 증진시킬 수 있고, 이에 다라 마찬손실을 줄일 수 있다. 보다 낮은 표면압착과 함께, 이는 모터의 고효율을 야기시키며 또한 윤활제를 함유하는 압력매체 없이 사용할 수 있게 한다. 간단한 회전식 대칭 생산방법은 샤프트, 피스톤 및 실린더의 제조시에 사용될 수 있다. 본 발명의 또 다른 개발에 있어서, 와류기술(vortex technique)은 특히 샤프트를 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 개발에 있어서, 샤프트는 그 회전축을 중심으로 나선영역(helical extent)을 갖는다. 샤프트의 크랭크 부분은 나선 형태로 회전축을 중심으로 소위, 공간적으로 얽혀져 있다. 바람직하게는, 나선형 나사선(helical thread)은 이러한 점에서 샤프트의 회전축으로부터 반경방향으로 일정한 간격을 두고 있는 반면, 피치는 축방향으로 변화될 수 있다. 그러나, 나선형 크랭크 부분은 바람직하게는, 피스톤의 축방향 운동을 균일한 회전운동으로 변환시키도록 일정한 피치를 갖는다.
하우징 내에서 피스톤의 회전식으로 정해진 안내가 필요하지 않기 때문에, 하우징은 본 발명의 가장 간단한 실시형태에서 특히 원형 원통형태로 형성될 수 있는 원통형 내부재킷표면을 갖는 간단한 실린더 라이너(cylinder liner)일 수 있다. 단면으로 원형인 실린더 라이너뿐만 아니라 마찬가지로 단면으로 원형인 샤프트에 의해, 모터의 효율, 즉 샤프트 점프(shaft jump)를 결정하는 샤프트의 편심량(eccentric amount)은 실린더 직경과 샤프트 직경 차이의 대략 1/4, 즉 = 1/4(dZ - dW)에 상당할 수 있다. 이에 따라, 모터의 가능한 최상의 효율은 소형이고 간단한 디자인으로 달성될 수 있다.
대안적으로, 샤프트의 크랭크 부분은 그 회전축에 평행하고 그 회전축으로부터 이격되어 있는 직선영역(straight extent)을 갖는다. 이 경우에, 크랭크 원리를 실현하기 위해, 하우징은, 피스톤의 축방향 운동시, 샤프트의 회전축을 중심으로 나사같은 운동을 수행하도록 나선식으로 히전되는 내부재킷표면을 가질 수 있다. 하우징의 내부재킷표면의 나선식 회전 실시형태는, 소위, 피치들을 더하여 피스톤의 축방향 조절운동과 하우징에 대한 샤프트의 회전운동 사이의 보다 큰 비율을 달성하기 위해 상기한 샤프트의 나선형 실시형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 개발에 있어서, 힘출력(force output)을 행하는 피스톤과 하우징 및/또는 피스톤과 샤프트의 표면 쌍(surface pair)은 압력 작용에 대해 압력실을 씰링하는 씰링 표면 쌍을 동시에 형성한다. 이에 따라, 전체길이를 극히 짧게 할 수 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 개발에 있어서, 같은 크기의 유효 피스톤 표면은 피스톤의 양 측면에 형성될 수 있으므로 완전한 피스톤 표면에는 효과적으로 양 방향으로 같은 힘이 사용될 수 있다. 하우징의 전체 내부직경표면은 피스톤 양 측면상에, 샤프트 단면에 의해서만 감소되는 피스톤 압착표면으로서 실질적으로 이용할 수 있다. 이에 따라 같은 토크가 같은 수압(hydraulic pressure) 또는 공기압(pneumatic pressure)으로 양쪽의 구동방향으로 발생될 수 있다. 또한, 일정한 압력에 대해 최대 토크 수율(yield)이 생긴다.
특히, 각각의 적어도 1개의 씰은 샤프트와 피스톤 내의 샤프트통과절결부 사이뿐만 아니라 피스톤의 외부재킷표면과 하우징의 내부재킷표면 사이에 사용된다. 예를 들면 입증된 표준 고리씰(standard ring seal)의 형태의 간단한 씰링부재는 하우징과 샤프트에서 상기 내부재킷표면 및/또는 외부재킷표면의 간단한 기하학적 구조 때문에 사용될 수 있다.
본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 따라, 이러한 점에서 씰은, 각각의 압력포켓이 피스톤과 하우징 사이 및/또는 피스톤과 샤프트 사이에 형성되도록 만들어지며, 상기 압력포켓은 피스톤을 구동하는 압력실들로부터 채워(feed)질 수 있다. 특히, 각각의 상호 대향하여 배치된 주변섹터(peripheral sector)는 피스톤의 외부재킷표면 및/또는 피스톤 내의 샤프트통과절결부의 재킷표면에서 주변방향으로 축방향으로 뻗는 씰링부재들에 의해 경계지어질 수 있으므로, 대응하는 주변섹터들 각각은 압력포켓을 형성하게 되는데, 압력포켓들 중 하나는 하나의 피스톤 측면 상의 압력실과 흐름소통(flow communication) 상태로 있을 수 있고 대향하여 배치된 압력포켓은 대향하여 배치된 피스톤 측면 상의 압력실과 흐름소통 상태로 있을 수 있다. 따라서, 압력포켓들은 피스톤의 다른 측면들로부터 채워진다. 이는 출력되는 반경방향 힘이 항상 구동방향에 따라 피스톤의 같은 측면에서 일어난다는 것을 고려한 것이다. 각각의 피스톤 측면에서 각 구동운동(drive movement)을 위해 일어나는 수압 또는 공기압은 피스톤과 하우징 사이 및/또는 샤프트와 피스톤 사이의 특정 주변섹터로 직접 향하게 되고, 2개의 축방향 씰링부재 또는 씰링 부분에 의해 그 주변섹터로부터 반경방향 힘이 취해지지 않아야 하는 다른 피스톤 측면쪽으로 유동되는 것이 방지된다. 이에 따라, 마찰의 상당한 감소가 달성될 수 있고, 이는 로터리 모터의 효율에 상당한 영향을 미친다. 취해지는 반경방향 힘은 이러한 압력포켓 형성과 지능적인 씰 구조에 의해 수압 또는 공기압에 의해 상당한 정도까지 취해질 수 있다. 본 발명의 또 다른 개발에 있어서, 압력 완화(pressure relief) 및 선택적으로 샤프트의 지지부위(support site)의 윤활이 적합한 압력매체 안내와 씰의 형상에 의한 유사한 방식으로 달성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 개발에 있어서, 과잉압력에 대한 안전장치는 2개의 압력실을 연결하는 적어도 1개의 과잉압력통로를 갖고 정상적인 경우에, 즉 미리 설정된 임계값(threshold value)이 초과될 때만 개방하는 과잉압력밸브에 의해 그 임계값 이하의 압력에서 폐쇄되는 모터의 2개의 압력실 사이에는 과잉압력에 대한 안전장치가 제공된다. 과잉압력에 대한 안전장치는 일반적으로 샤프트 절결부의 형태로 샤프트에 통합될 수 있다. 그러나, 과잉압력으로부터의 안전장치는 피스톤에 통합될 수 있는 것이 바람직한데, 이는 특히 샤프트의 나선영역을 갖는 과잉압력통로의 도입을 용이하게 해준다.
간단한 제조로 바람직한 설치와 바람직한 힘출력을 달성하기 위해, 샤프트는 서포트 플레이트 또는 서포트 디스크(support disk)에 의해 하우징에서 일단부에 지지되는 것이 바람직한데, 해제가능한 연결부는 바람직하게는 서포트 플레이트와 샤프트 사이에 마련될 수 있다. 나선형으로 형성된 절결부는 특히 서포트 플레이트에 마련될 수 있는데, 샤프트의 나선형 부분은 그 서포트 플레이트에 정확히 끼워맞추어지게 수용된다. 나선형 샤프트 부분은 다른 실시형태들을 갖는 형상맞춤부재에 의해 서포트 플레이트 절결부에 축방향 및/또는 반경방향으로 인장되거나 고정되는 것이 바람직하다.
샤프트는, 그 샤프트가 일측면에 축방향으로만 고정되도록 2개의 단부에서 상이하게 지지될 수 있는데, 바람직하게는 그 일단부에서 고정 서포트(fixed support)에 의해 그리고 타단부에서 비고정 서포트(loose support) 의해 지지될 수 있다.
이러한 점에서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 샤프트가 그 샤프트 위에 위치된 피스톤과 함께, 그리고 샤프트를 지지하는 서포트 플레이트와 함께 하우징의 일측면에서 축방향으로 제거되도록 하여, 피스톤과 씰이 씰 교환이나 수리를 위해 간단한 방법으로 접근가능하게 형성될 수 있도록 하우징의 전체 디자인을 구성하거나 샤프트의 서포트를 형성한다. 모터는 이러한 점에서 특히 단면 지지위치(end-face support site)에 대하여 일반적으로 소위, 비대칭 디자인을 가질 수 있다.
샤프트 또는 그 크랭크 부분은 일반적으로 단면 기하학적 구조(cross-sectional geometry)를 가질 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라, 샤프트는 간단한 원형 단면을 갖는다.
이에 대신하여, 샤프트는 또한 압착된 평탄한 단면(pressed-flat cross-section), 특히 타원형 또는 타원체 단면을 가질 수 있다. 이에 따라 변형을 갖는 서포트와 휨 운동의 출력에 대한 이점들이 달성될 수 있다. 이에 따라 샤프트는, 더 좋은 서포트가 달성될 수 있도록 상응하는 결합외형(mating contour)으로부터 더 좋게 자리 잡게 될 수 있다
대안적으로, 샤프트는 또한 바람직하게는 굽힘 힘(bending force) 보상을 위해 더 긴 구조의 실시형태를 갖는 적용분야에 따라 다각형 방식으로 형성된 상이한 단면을 가질 수도 있다.
본 발명의 또 다른 개발에 있어서, 샤프트는 최적으로 나선형으로 구부려지는 그 축을 따라 변하지 않는 단면(unchaning cross-section)을 갖는데, 샤프트 표면은 바람직하게는 나사 나사선 톱니구조(screw thread toothed arrangement)로 형성될 수 있는 것과 같이 새김눈(score) 또는 돌기가 없이 부드럽게 형성될 수 있는 것이 바람직하다. 샤프트의 표면은 예를 들면, 볼(ball) 또는 최적으로 상이하게 형상화된 단면편(croos-sectional piece)이 최적으로 나선형으로 구부려진 샤프트 축을 따라 이동될 때, 특히 연속적인 외피표면(envelope surface)에 상응할 수 있다. 따라서, 샤프트 단면은 최적으로 구부려진 종축을 따라 톱니형 구조의 새김눈 등과 같은 점프(jump) 또는 다른 요철부(irregularity) 없이 항상 일정한 기하학적 구조를 갖는 것이 바람직하다. 샤프트는 용도에 따라 원하는 길이의 크기로 절단되는 엔드리스 부분(endless section)으로서 형성되는 것이 바람직하며, 베어링 핀(bearing pin)은 최적으로 형상화될 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 개발에 있어서, 샤프트는 일측면상에 형상화된 베어링 핀을 갖는 반면, 타측면상에서는 다른 샤프트가 서포트 플레이트에서 지지되는 나선형 부분으로 돌출되어 있다.
본 발명의 실시형태에 따라, 베어링 핀은 그 나선 부분의 영역 내에서 샤프트보다 큰 것이 바람직하다. 베어링 핀은 특히 샤프트의 상기 나선 부분을 싸는 외피에 대략적으로 상응한다. 이러한 점에서 베어링 핀의 직경 dL은 바람직하게는 샤프트 점프(shaft jump)의 4배와 샤프트 직경의 합, 즉 dL = 4ε + dW가 된다.
특히, 비교적 큰 샤프트 직경에 의해, 샤프트 직경보다 더 작은 베어링 핀이 설치될 수 있는데, 여기서의 베어링 핀은 이상적인 굽힘강도를 달성하기 위해 나선 외형(helical contour)의 대략 내부외피에 상당하는데, 여기서 바람직하게는 dL = dW - 2ε를 적용한다.
피스톤은 마찬가지로 일반적으로 상이한 단면 형상을 갖는다. 제조가 간단하고 소형의 구조 크기를 달성하는 실시형태에 따라, 피스톤은 원형의 고리(circular annular) 모양의 외주 외형(outer periphery contour)을 갖는데, 특히 원형 원통 외부재킷표면은 씰링부재를 위한 수용포켓(receiving pocket)과 이격된 상태로 제공될 수 있다.
대안적으로, 피스톤은 또한, 특히 샤프트 단면의 마찬가지의 압착된 평탄한 디자인에 관련하여, 압착된 평탄한 외주 외형, 특히 타원형 또는 타원체 외주 외형을 가질 수 있다. 이에 따라, 외부 샤프트 표면은 하우징 벽에 기대어 자리 잡게 될 수 있다. 피스톤의 외주 외형은 선택적으로 다각형 방법으로 형성될 수도 있다. 특히, 발생하는 기울기의 어떠한 모멘트도 압착된 평탄한 단면, 타원형 또는 타원체 피스톤 단면으로 감소될 수도 있다.
마찬가지로, 피스톤 내의 샤프트통과절결부는, 본 발명의 또 다른 개발에 있어서 각각의 샤프트 단면에 적합되는 상이한 단면 형상을 가질 수 있다.
마찰손실을 최소화하고 모터의 효율을 더 향상시키기 위해, 각각의 롤러 베어링(roller bearing)은 바람직하게는 볼 부싱(ball bushing)의 형태로, 하우징과 피스톤 사이 및/또는 피스톤과 샤프트 사이에 설치될 수 있다. 또한, 마찰을 최소화하기 위해, 피스톤의 소재로서 내마모(wear-resistant) 및 저마찰(low-friction) 플라스틱을 사용할 수 있고, 필요한 경우 씰링부재 또한 동시에 형상화시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라, 모터는 또한 공통의 피스톤(common piston)에 의해 구동되는 2개의 샤프트를 가질 수 있다. 이러한 목적을 위해, 피스톤은 2개의 샤프트통과절결부를 가질 수 있는데, 샤프트들 중 각 1개는 이 샤프트통과절결부를 통해 뻗어 있다. 바람직하게는, 2개의 샤프트는 그 각각의 회전축 주위로 나선영역을 가지며, 각각의 샤프트에 이해 피스톤 상에 일으키는 반경방향 힘이 서로 보상되도록 적절한 나사산 오프셋(thread offset)를 갖는다. 샤프트들은, 피스톤에 의해 출력되는 반경방향 힘이 서로쪽으로 향하게 되어 서로 보상되도록 소위, 반대 방식(opposite sense)으로 배열되어 있다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시형태와 첨부한 도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 나선형으로 굽은 드라이브 샤프트를 갖는 로터리 모터의 개략적인 입체도.
도 2는 도 1의 로터리 모터의 종단면도.
도 3은 이전 도면들로부터의 로터리 모터의 단면도로서, 샤프트의 외형(envelope)을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따라 엔드 페이스(end face)에서 부하출력(load output)을 개선하기 위한 확장형 서포트 디스크(enlarged support disk)를 갖는 샤프트 서포트(shaft support)를 나타내는 드라이브 샤프트의 서포트 부분의 부분 종단면도.
도 5는 도 4의 베어링 디스크의 평면도로서, 샤프트 통로의 위치를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 드라이브 샤프트의 부분을 나타낸 것으로, 드라이브 샤프트 저널(journal)이 드라이브 샤프트에 일체형으로 연결된 상태를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 다중 부분(multiple parts)으로 제조된 피스톤의 단면도로서, 2개의 각 피스톤 반쪽 형상부(half shell)가 링모양의 피스톤 캐리어(piston carrier) 상의 엔드 페이스 양측면에 위치된 상태를 나타내는 도면.
도 8은 도 7의 피스톤의 단면 평면도.
도 9는 본 발명의 다른 실시형태에 따라 2개의 반쪽 형상부로 이루어진 피스톤의 단면도로서, 조이트(joint)가 드라이브 샤프트의 곡률에 따라 굽어진 상태를 나타낸 도면.
도 10은 도 9의 피스톤의 단면도로서, 2개의 피스톤 반쪽 형상부의 나사결합을 나타낸 도면.
도 11은 이중 실(double seal)과 수압 보상(hydraulic pressure compensation)을 갖는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 단일부분(single-part) 피스톤의 단면도.
도 12는 도 11의 피스톤의 단면 평면도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 타원형상을 갖는 피스톤의 단면도로서, 드라이브 샤프트를 부분적으로 그리고 그 외형적으로 나타낸 도면.
도 14는 도 13과 유사하지만 드라이브 샤프트가 타원형 단면을 갖는 타원형 피스톤의 단면도.
도 15는 드라이브 샤프트의 개선된 서포트를 달성할 수 있도록, 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라 중심구속부(central restriction)를 갖는 타원형 피스톤의 단면도.
도 16은 드라이브 샤프트의 계란형의 다각형 단면과 유사한 다각형 피스톤을 갖는 로터리 모터의 단면도로서, 샤프트의 비틀림 강성과 피스톤에 작용하는 힘의 밸런스에 대하여 최적화된 상태로 나타낸 도면.
도 17은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라도 4와 유사한 드라이브 샤프트의 서포트 영역의 부분 단면도로서, 단부 위치(end position)의 댐핑(damping) 및/또는 연속적인 세팅(setting)을 위해 서포트 디스크에 체결되는 컨트롤 슬라이드(control slide)를 그 단부 위치에 설치한 상태를 나타낸 도면.
도 18은 본 발명이 바람직한 실시형태에 따라 서로 수압식으로 동기화(hydraulically synchronize)되는 2개의 로터리 모터의 개략도.
도 19는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따른 로터리 모터의 종단면도로서, 2개의 드라이브 샤프트를 공통의 하우징 내에 배치하여 공통의 축조정피스톤(axial adjustment piston)에 의해 구동할 수 있는 구조를 나타낸 도면.
도 20은 도 19의 로터리 모터의 단면도로서, 공통의 피스톤은 물론 조립방식으로 결합된 2개의 샤프트를 나타낸 도면.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 로터리 모터의 종단면도로서, 크랭크샤프트로서 만들어진 드라이브 샤프트가 스트레이트 크랭크부(straight crank section)를 갖는 반면, 피스톤이 나선형으로 회전되는 하우징 파이프 내에 세로방향으로 변위가능하게 안내되는 구조를 나타낸 도면.
도 22는 도 21의 로터리 모터의 단면도로서, 하우징 벽과 샤프트를 부분적으로 나타낸 도면.
도 23은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 로터리 모터의 종단면도로서, 하우징 또는 엔드 페이스 하우징 커버에 통합되는 출력기어로서 나타낸 도면.
도 24는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 로터리 모터의 종단면도로서, 나선형으로 굽은 드라이브 샤프트가 그 단부에 볼 조인트(ball joint) 방식으로 지지되어 있는 상태를 나타낸 도면.
도 25는 도 24의 로터리 모터의 단면도.
도 26은 분할된 압력 포켓(pressure pocket)을 갖는 단일부분 피스톤의 종단면도.
도 27은 도 26의 피스톤의 단면 평면도.
도 28은 S 형상으로 주변 씰링(pripheral sealing)에 의해 형성되는 분할된 압력 포켓을 갖는 단일부분 피스톤의 종단면도.
도 29는 도 28의 피스톤의 단면 평면도.
도 30은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따른 로터리 모터의 종단면도로서, 피스톤과 하우징 사이 및/또는 샤프트와 피스톤 사이에 대각선 실(diagonal seal)을 마련하고 그 외피부 내측에 형상을 갖는 출력 샤프트가 샤프트에 구비되어 있는 것을 나타낸 도면.
도 31은 도 30의 로터리 모터의 샤프트의 측면도.
도 32는 도 31에 표시된 화살표 A 방향으로의 도 31의 샤프트의 단면도.
도 33은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 서포트 플레이트(support plate)에 체결하는 샤프트의 단면도로서, 푸쉬 플레이트(push plate) 형상의 형상맞춤부(shape matched element)를 갖는 것을 나타낸 도면.
도 34는 도 33의 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도.
도 35는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도로서, 톱니 플레이트(toothed plate) 형상의 형상맞춤부를 갖는 것을 나타낸 도면.
도 36은 도 35의 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도.
도 37은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 두 부분(two-part) 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도로서, 푸쉬 서포트 링(push-support ring) 형상의 형상맞춤부를 갖는 것을 나타낸 도면.
도 38은 도 37의 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도.
도 39는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도로서, 푸쉬너트(push nut) 형상의 형상맞춤부를 갖는 것을 나타낸 도면.
도 40은 도 39의 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도.
도 41은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도로서, 푸쉬너트 형상의 형상맞춤부를 갖는 것을 나타낸 도면.
도 42는 도 41의 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도.
도 43은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도로서, 푸쉬너트 형상의 형상맞춤부와 샤프트에 단차(step)를 갖는 것을 나타낸 도면.
도 44는 도 43의 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도.
도 45는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도로서, 슬롯 푸쉬 플레이트(slot push-plate) 형상의 형상맞춤부를 갖는 것을 나타낸 도면.
도 46은 도 45의 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도.
도 47은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도로서, 안쪽으로 배치된 슬롯 푸쉬 플레이트 형상의 형상맞춤부와 샤프트에 단차(step)를 갖는 것을 나타낸 도면.
도 48은 도 47의 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도.
도 49는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도로서, 샤프트와 떨어져 뻗는 팽창형 원뿔부(expansion cone)를 갖는 구조를 나타낸 도면.
도 50은 도 49의 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도.
도 51은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도로서, 단차를 갖는 서포트 플레이트 절결부에 설치되는 단차모양의 샤프트를 나타낸 도면.
도 52는 도 51의 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도.
도 53은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도로서, 상보형(complementry) 서포트 플레이트 절결부에 설치되는 편심 챔퍼링 샤프트 단부(eccentrically chamfered shaft end)를 나타낸 도면.
도 54는 도 53의 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도.
도 55는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따라 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도로서, 반경방향의 나사산 핀(radial threaded pin) 형상의 형상맞춤부를 갖는 것을 나타낸 도면.
도 56은 도 55의 서포트 플레이트에 체결하는 샤프트의 단면도.
도 57은 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 로터리 모터의 개략적인 종단면도로서, 샤프트가 그 단부에 상이하게 지지되고 피스톤과 함께 모터 하우징으로부터 축방향으로 제거될 수 있다는 것을 나타낸 도면.
도 1 내지 도 3에 도시된 로터리 모터는 관형원통하우징(tubular cylindrical housing)(1)을 포함하며, 이 하우징(1)은 그 2개의 단면(端面; end face)에서 서포트 커버(support cover)(2)에 의해 각각 밀폐되어 있다. 하우징(1)은 소정길이의 크기로 절단되는 엔드리스 부분(endless section)으로 만들어진다. 피스톤(3)은 하우징(1)의 내부공간에 축방향으로 변위가능하게 수용되어 하우징(1)의 내부공간을 2개의 압력실(4)(5)로 분할하는데, 이들 압력실에는 도시된 실시형 태에서 서포트 커버(2) 속의 압력매체라인(pressure medium line)을 거쳐 압력매체가 충전되므로, 피스톤(3)이 2개의 압력실(4) 또는 압력실(5)에의 압력매체의 충전에 따라 하우징(1)의 앞뒤로 축방향으로 움직이게 된다.
또한, 드라이브 샤프트(6)는 하우징(1) 내에 수용되어, 원통하우징(1)의 종축(longitudinal axis)에 평행한 회전축(7)을 중심으로 회전될 수 있도록 본 실시형태에서 양쪽의 서포트 커버(2)에 회전가능하게 지지되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에서의 드라이브 샤프트(6)는 상기 회전축(7)을 중심으로 나선형으로 회전되는데, 이 드라이브 샤프트(6)는 회전축(7)에 대하여 편심률(eccentricity)을 가져, 회전축(7)에 대해 피스톤과 샤프트와의 각각의 결합부분(engagement section)을 레버아암(lever arm)에 제공한다. 드라이브 샤프트(6)는 말하자면, 회전축(7) 주위로 그 자체를 나사고정하여 피치의 쐐기효과(wedge effect)를 통해 작동된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시형태에서의 드라이브 샤프트(6)는 단면상으로 원형이다. 이 드라이브 샤프트는 소정 길이의 크기로 절단된 엔드리스 부분(endless section)으로 이루어질 수 있다. 상기 단면측(end face side)에서, 드라이브 샤프트는 서포트 플레이트(8)에 각각 체결되는데, 이 서포트 플레이트(6)에는, 서포트 커버(2)를 통해 뻗는 출력축(output shaft)이 샤프트 스텀프(shaft stump)의 형태로 회전식으로 견고하게 체결되어 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 피스톤(3)은, 드라이브 샤프트(6)에 피스톤(3)을 종방향으로 변위가능하게 위치시키는 샤프트통과절결부(10)를 갖는데, 상기 피스톤은 그 바람직한 나선형 샤프트통과절결부에 따라 샤프트상의 변위로 회전하게 된다. 샤프트통과절결부(10)는, 드라이브 샤프트(6)처럼, 그 단면상으로 원형이며, 샤프트통과절결부(10)는 축방향으로 보아 드라이브 샤프트(6)의 만곡영역(curved extent)에 적합하며 샤프트와 일치하는 만곡영역을 갖는다.
드라이브 샤프트(6)의 기하학적 관계와 배열은, 샤프트통과절결부(10)가 피스톤(3) 영역의 단면중심(cross-sectional center)에 실질적으로 중앙에 위치되어 피스톤(3)이 드라이브 샤프트(6)에 의해 유발된 힘에 대해 균형이 유지되고 특히 기울기 모멘트가 전혀 일어나지 않도록 설정되는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해, 드라이브 샤프트(6)의 회전축(7)은, 그 2개의 단부들 사이에 가능한 한 중심에 배치된 드라이브 샤프트의 부분 또는 피치에 따른 드라이브 샤프트의 다수의 부분이 하우징(1)의 내부재킷표면(jacket surface)에 접촉하거나 그 내부재킷표면상에 지지되도록 가능한 한 많이, 그리고 하우징(1)과 피스톤(3)의 종방향 중앙축에 대해 반경방향으로 벗어나 있다. 이러한 지점은 도 2의 도면부호 11로 표시되어 있다. 이 지점은 드라이브 샤프트(6)의 회전으로 이동된다는 것을 알 수 있다. 단면상으로 원형인 실린더 라이너(cylinder liner)뿐만 아니라 마찬가지로 단면상으로 원형인 샤프트의 구조에 따라, 모터의 효율, 즉 샤프트 점프(shaft jump)를 결정하는 샤프트의 편심량은 실린더 직경과 샤프트 직경의 차이의 대략 4/1, 즉 ε= 1/4(dZ - dW)에 상당할 수 있다. 모터의 가능한 최상의 효율은 본 명세서에 의해 소형이면서 간단한 디자인으로 달성될 수 있다.
드라이브 샤프트(6)와 피스톤(3) 사이 또는 피스톤(3)과 하우징(1) 사이에 힘전달(force transmission)을 수행하는 표면 쌍들(surface pairs), 즉 한편으로는 드라이브 샤프트(6)의 재킷표면과 샤프트 통과오목부(10)의 내부재킷표면과, 다른 한편으로는 피스톤의 외부재킷표면과 하우징의 내부재킷표면은 압력실(4)(5)를 밀봉하는 씰링표면(sealing surface) 쌍들을 형성하는 것이 바람직하다. 씰(12)(13)은 압력손실을 피하기 위해 상기 표면 쌍들에 일체화되는 것이 바람직하다. 이 점에서, 샤프트 씰(12)은 도시된 실시형태에 있어서 샤프트통과절결부(10)에 위치되며 드라이브 샤프트(6)의 외부재킷표면을 슬라이드 오프(slide off)시킨다. 하우징 씰(13)은 피스톤의 외부재킷표면상에 위치되어 씰(13)이 슬라이드 오프되는 하우징(10)에 대해 피스톤(3)을 씰링한다. 양쪽의 씰링 모두는 도시된 실시형태에서 씰링고리(sealing ring)으로서 형성된다.
압력실(4) 또는 (5) 중 하나가 압력매체로 충전되면, 피스톤(3)은 축방향으로 이동된다. 이와 같은 축방향으로 설정되는 이동은 회전축(7)을 중심으로 드라이브 샤프트(6)의 회전을 야기시킨다. 이는, 샤프트통과절결부(10)를 통해 각각 슬라이딩하는 대응하는 레버아암을 갖고 또한 드라이브 샤프트(6)의 피치가 피스톤(3)의 축방향 설정 힘을 그 레버아암을 작동시키는 반경방향의 힘으로 변환하는 쐐기효과를 발휘하기 때문이다. 드라이브 샤프트(6)는 피스톤(3)의 축방향 조절운동에 의해 크랭크 원리에 따라 구동된다. 샤프트통과절결부(10)가 피스톤(3)의 중앙에 위치되므로, 드라이브 샤프트(6)에 의해 대략 피스톤에 전달된 힘들은 레버아암을 갖지 않으므로 이러한 힘들은 피스톤에 어떠한 토크(torque)에도 영향을 미치지 않는다. 이는 씰(12)(13)에 대해 유리한 효과를 갖는다.
도 1 내지 도 2에 도시된 실시형태는 상당한 이점을 제공한다. 요구된 설치 길이는 먼저 각각의 경우에 일체화된 씰링을 갖는 하우징(1) 내의 피스톤(3)과 샤프트통과절결부(10) 내의 드라이브 샤프트(6)의 직접적인 안내에 의해 절단되어 드라이브 샤프트(6)의 나선영역(helical extent)의 구배(steepness)에 의해 큰 토크를 발생시킬 수 있다. 반경방향의 힘은 피스톤(3)으로 그리고 이를 통해 하우징(10)으로 실질적으로 도입된다. 급경사진 톱니구조(steep toothed arrangment) 또는 급경사진 나사선톱니구조(steep thread toothed arrangment)를 갖는 종래의 해결책에 비해 샤프트에 대한 피스톤의 외측 안내(outer guidance)와 내측 안내(inner guidance) 모두를 위해 생산노력을 실질적으로 감소시킬 수 있다. 통상의 이상적인 경우에는, 제조가 매우 용이하고 무한적으로 제조되며 실제의 요건과 길이에 맞추어질 수 있는 형상과 구조가 사용된다. 나선형 드라이브 샤프트(6)의 피치와 레버 길이는 나선중심(helix center)에서 하중결합(load engagement)에 의해 원하는 만큼 실용적으로 정해질 수 있다. 낮은 피치와 큰 레버아암은 높은 토크를 발생시킨다. 또한, 양쪽 방향으로 같은 힘이 달성될 수 있는 상태로, 피스톤 표면이 효과적으로 사용될 수 있다. 샤프트 단면 표면(cross-sectional surface)보다 적은 하우징의 전체 내측 단면 표면은 효과적인 피스톤 표면으로서 실질적으로 활용될 수 있다. 더욱이, 좁은 표면 프레싱(small surface pressing) 때문에, 물이나 공기와 같이 윤활이 없거나 낮은 압력매체를 사용할 수 있다.
축방향의 부하출력 일부는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 특히 큰 면적의 서포트 플레이트(8)를 사용할 때, 하우징 끝단의 단면에 드라이브 샤프트(6)가 지지 되는 서포트 플레이트(8)를 통해 유리하게 발생할 수 있다. 드라이브 샤프트(6)는 서포트 플레이트(8) 쪽으로 그 나선모양과 피치로 뻗어있고 그 나선모양 때문에 서포트 플레이트에 전 영역에 걸쳐 토크를 전달하는데, 이는 예컨대, 나사연결부(14)의 형태로, 해제되는 것으로부터의 축방향 및/또는 반경방향 안전성에 의해서만 보장될 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 압력실(4)에 압력매체가 충전되면, 압력매체는 피스톤(3)을 우측으로 밀어붙임으로써, 도 4와 같이 드라이브 샤프트(6)를 우측으로 끌어당기려고 하는 축방향 힘(axial force)을 드라이브 샤프트(6)에 전달한다. 그러나, 압력실(4) 내의 같은 압력은 이러한 축방향 힘을 부분적으로 보상(compensate)하는 서포트 플레이트(8)에도 작용한다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 서포트 플레이트(8)는 압력실(4)의 밀봉을 씰(16)(17)에 의해 확실하게 한 상태에서, 복수의 나사연결부(15)상에 토크를 출력할 수 있다.
도 6은 샤프트 스텀프의 형태로 출력샤프트(9)가 직접 부착되거나 연결되어 있는 드라이브 샤프트(6)를 도시한 것이다. 출력샤프트 스텀프(9)의 직경과 서포트 플레이트(8)의 폭은, 샤프트(6)에 대해 피스톤(3)의 씰링을 위해 드라이브 샤프트 스텀프(9)를 가로질러 드라이브 샤프트(6)쪽으로 샤프트 씰(12)을 밀어붙일 수 있도록 출력샤프트(6) 자체의 직경보다 크지 않은 것이 바람직하다. 이는 서프트 플레이트(8)의 모따기 부분(chamfered section)(18)에 의해 유지되는 것이 바람직하다. 부착된 출력샤프트 스텀프(9)와 함께 전체 드라이브 샤프트(6)는, 드라이브 샤프트(6)의 출력직경에 상응하는 내측직경을 갖는 탄성 씰링고리를 전체 샤프트 조립체에 밀어붙일 수 있도록 형성된다.
그러나, 드라이브 샤프트(6)의 양 단부 중 하나는 도 33에 도시하는 바와 같이 별개로 형성된 서포트 플레이트(8)에 해제가능하게 연결되는 것이 바람직하다. 별개의 서포트 플레이트(8)를 통해 드라이브 샤프트(6)를 지지시키면, 과도한 생산노력을 감수할 필요없이 부가된 토크(superimposed torque)를 출력시키는 상태로 매우 높은 축방향 힘과 횡방향 힘을 발휘할 수 있게 된다.
이러한 점에서, 서포트 플레이트와 드라이브 샤프트 사이에 나선 안의 나선(helix-in-helix) 방식의 연결부가 있다면, 즉 드라이브 샤프트(6)의 나선영역이 서포트 플레이트(8)에 있는 마찬가지의 나선형 절결부(50)에 위치된다면, 특히 바람직하다. 이러한 점에서, 나선형 샤프트부는 형상맞춤부재(shape marched element)(51)의 도움으로 서포트 플레이트의 나선형 오목부(helical recess)(51) 안에 축방향 및/또는 반경방향으로 고정되는 것이 바람직하고, 이에 따라 해제가능한 조인트(joint)를 갖는 나선에 의해 유발되는 반경방향의 유격(radial play)을 없앨 수 있다.
도 33 및 도 34에 도시하는 바와 같이, 드라이브 샤프트(6)의 나선 외형(helical contour)은 서포트 플레이트(8) 또는 그 서포트 플레이트 안에 마찬가지로 나선 외형을 갖는 절결부(50)에 그 자체로 변화되지 않는 방식으로 될 수 있다. 형상맞춤부재(51)는, 본 실시형태에서는, 서포트 플레이트(8)에 지지되고, 드라이브 샤프트(6)에 형성된 반경방향으로 뻗는 홈(53)에 결합되는 간단하게 설명된 초승달 모양의 푸쉬 플레이트(52)에 의해 형성된다. 설치를 위해, 서포트 플레이트(8)는, 푸쉬 플레이트(52)를 홈(53) 안에 위치시킬 수 있을 때까지 드라이브 샤 프트를 따라 밀어 넣어지거나 안쪽으로 회전되며, 그 결과 서포트 플레이트(8)가 후퇴될 수 있다. 푸쉬 플레이트(52)의 수용을 위해 서포트 플레이트(8)의 단면에 형성된 절결부는, 이러한 목적을 위해, 도 33에 도시되어 있고 되돌림(turning back)을 가능하게 하기 위해 주변방향으로 지나친 크기(over-size)를 갖는 오목부(45)를 구비한다. 체결나사(55)가 단단하게 조여지면, 푸쉬 플레이트(52)는 바람직하게 쐐기형상을 갖는 홈(53)과 바람직하게 원추형의 오목부 사이로 뻗고, 그에 따라 유격이 없고 한쪽으로 치우친 축방향과 반경방향의 안전성이 제공된다.
도 35 및 도 36에 도시하는 바와 같이, 톱니형 플레이트(56)는 샤프트와 서포트 플레이트를 고정시키는 형상맞춤부재로서 도 33에 도시한 푸쉬 플레이트 대신에 사용될 수 있다. 톱니형 플레이트(56)는 일단부는 톱니형태로 되어 있고 타단부에는 기울어질 수 있도록 원뿔형태로 모따기되어 있거나 쐐기형상으로 되어 있다. 유격이 없는 반경방향과 축방향 안전성은, 바람직하게는 플랜지(flange)의 회전을 필요로 하지 않는 상태에서, 도 35 및 도 36의 체결나사(55)에 의해 주어질 수 있다.
도 37 및 도 38에 따른 실시형태에서, 푸쉬 서포트 링(58)은 서포트 플레이트(8)의 나선형 절결부에 드라이브 샤프트(6)를 고정하는 형상맞춤부재(51)로서 사용된다. 서포트 플레이트(8)는 이러한 점에서 2개의 부분으로 되는데, 바람직하게는 분할면(dividing plane)은 유체안내부(fluid guidance)의 바깥쪽에 배치된다. 푸쉬 서포트 링은 다중 부분(multiple part) 또는 하나의 부분으로 슬롯(slot)을 갖는 탄성형태로 만들어질 수 있다.
푸쉬 서포트 링(57)은, 2개의 서포트 플레이트 부분들이 서로 끌어 당겨질 때 연결부의 축방향과 반경방향 인장력(tensioning)이 달성되도록 내측 및/또는 외측에 원뿔이 형성되고 및/또는 모따기가 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 2개의 서포트 플레이트 부분들이 나선 외형에 대하여 인장되어(tensioned) 2개의 서포트 플레이트 부분들의 상대적인 회전을 방지하면서 이 부분들을 연결하는 클램핑 수단(clamping means)의 라인 플러쉬(line-flush) 방식으로 조일 때 드라이브 샤프트(6)에 클램핑되도록 상기 서포트 플레이트 부분들에 형성된 나선형 절결부에 대하여 2개의 서포트 플레이트 부분들 사이에 명목상의 틈(nominal gap)이 있을 수 있다. 상기한 상대적인 회전 방지는 라이너 가이드(linear guide)에 의해, 예를 들면 안내핀(guide pin)의 형태로, 바람직하게는 안내나사(guide screw)에 의해 실행될 수 있다.
대안적으로, 드라이브 샤프트(6)는 도 39 내지 도 44에 도시한 바와 같이 푸쉬너트(59)에 의해 서포트 플레이트 절결부(50)에 지지될 수도 있다. 도 39 및 도 40에 따른 실시형태에서, 푸쉬너트(59)는 서포트 플레이트 절결부(50)에 드라이브 샤프트(6)를 클램핑하기 위해 서포트 플레이트(8)와 드라이브 샤프트(6)에 나사고정될 수 있도록 외나산과 내나사산을 구비하고 있다. 도 41 및 도 42에 따라, 푸쉬너트(50)는 내나사산에 의해 드라이브 샤프트(6)에 나사고정될 뿐인데, 나선 외형이 서포트 플레이트(8)에 단차(段差)형태로 되어 있으므로, 드라이브 샤프트(6)의 어깨부(shoulder)는 드라이브 샤프트(6)의 나선외형에서 그 나사산 부분(threaded section)까지 변이(transition)를 이루면서 서포트 플레이트 절결부에 있는 상응하는 어깨부에 대항하여 인장될 수 있다. 더욱이, 푸쉬너트는 원뿔형 푸쉬너트 절결부에서 서포트 플레이트에 지지되므로 도 42와 같이 반경방향 유격을 없애는 중심위치맞춤(centering)이 또한 달성된다.
도 43 및 도 44에 따른 실시형태에서, 드라이브 샤프트의 나선외형은 간단한 방식으로 수립될 수 있는 테이퍼 직경(tapered diameter)을 갖고, 이에 따라 서포트 플레이트(8)의 내측에 대하여 클램핑될 수 있는 어깨부(60)를 갖는다. 간단한 클램프 너트(61)는 서포트 플레이트(8)에 대항하여 인장되는 단면에서 샤프트 끝단에 클램핑되는 것이 바람직하고, 이에 따라 도 44와 같이 서포트 플레이트(8)쪽으로 드라이브 샤프트(6)의 어깨부(60)를 끌어당긴다.
도 45 및 도 46에 따라, 드라이브 샤프트(6)는, 도 46과 같이 드라이브 샤프트(6)의 주변에 형성된 홈 안으로 결합될 때까지 반경방향으로 외측으로부터 서포트 플레이트(8)의 슬롯에 삽입되는 슬롯형 푸쉬 플레이트(slotted push-plate)(62)에 의해 서포트 플레이트(8)의 나선형 절결부(50)에 고정될 수도 있다. 이러한 점에서, 슬롯형 푸쉬 플레이트(62)는, 간단히 말하면 대략 렌티큘러(lenticular) 형태일 수 있다. 도 47 및 도 48은 거의 유사한 도면을 나타낸 것인데, 여기서 드라이브 샤프트가 서포트 플레이트 절결부(50)로 진행할 정도의 깊이로 먼저 삽입될 수 있도록 슬롯형 푸쉬 플레이트(62)는 내측으로부터, 슬롯형 푸쉬 플레이트의 폭보다 넓은 서포트 플레이트(8)의 슬롯형 절결부 안에 삽입되는 것을 나타낸 것이다. 이어서, 슬롯형 푸쉬 플레이트(62)는 도 47 및 도 48과 같이, 원뿔나사(cone screw) 또는 편심나사(eccentric screw)에 의해 홈 안으로 반경방향으로 안쪽으로 밀어 넣어져 클램핑되는 것이 바람직하다. 또한 이러한 점에서, 슬롯형 푸쉬 플레이트(62)를 반대로 작동시켜 매우 낮은 샤프트 홈 안에 그 슬롯형 푸쉬 플레이트를 먼저 내리고 나서 바깥쪽으로 서포트 플레이트 슬롯 안에 클램핑하는 것이 일반적으로 가능하다.
드라이브 샤프트(6)와 서포트 플레이트(8) 사이의 어떠한 유격도 확실하게 없애는 것을 달성하기 위해서, 도 49 및 도 50에 도시하는 바와 같이, 나선형 서포트 플레이트 절결부(50)에 끼워진 샤프트 부분을 서포트 플레이트(8)로 누르는 샤프트 단면의 팽창부(expansion)가 형성될 수도 있다. 이러한 목적을 위해, 드라이브 샤프트(6)는, 팽창형 원뿔부(expansion cone)(64)를 축방향으로 삽입하여 샤프트 외형을 팽창시킬 수 있는 원뿔형 단면 절결부를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 예를 들면, 팽창형 원뿔부를 클램프 나사(clamp screw)에 의해 샤프트 절결부 안으로 끌어당길 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 팽창형 원뿔부를 밀어 넣을 수 있다. 이러한 점에서, 드라이브 샤프트는 조인트 압착(joint pressing)이 일어나도록 가소화 범위(plasticization range) 내에서 팽창될 수 있는 것이 바람직하다. 이는, 팽창형 원뿔부(64)의 상응하는 삽입방향에 의해 달성될 수 있는 편심 팽창부(eccentric expansion)와 연결하여 형성될 수 있는 것이 바람직하다. 그러나, 대안적으로는, 팽창형 원뿔부(64)의 중앙 삽입에 의해 달성가능한 중앙 팽창부(central expansion)와 작용하는 것이 가능하기도 하다. 이러한 연결은 원뿔 각도에 따라 탄성변형범위 내에서 다시 해제할 수 있다.
도 51 및 도 52는 대안적인 드라이브 샤프트/서포트 플레이트 연결상태를 나 타낸 것이다. 따라서 서포트 플레이트 절결부(50)에 위치된 샤프트 부분은 복수의 원통형 단차부(cylindrical step)(65)를 갖는데, 이 원통형 단차부는 약간 원뿔형인 것이 바람직하며, 또한 커팅(cutting) 방식 또는 다른 방식으로 나선 외형으로부터 작용될 수 있도록 실제의 나선 외형을 지속하는 드라이브 샤프트(6)의 나선 외피영역 내에 또는 나선 외형 내에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 점에서, 상기 복수의 단차부는 도 51과 같이 그 각각 기하학적 축(geometrical axe)에 관해 서로에 대하여 오프셋(offset)되는 것이 바람직하므로, 합동(congruent)하는 방식으로 형성된 서포트 플레이트 절결부(50)의 단차부들을 통해 토크를 전달할 수 있다. 드라이브 샤프트/서포트 플레이트 연결부의 이러한 설계는 선모양의 직각을 이루어거나 축에 평행한 표면프레싱(pressing-on) 과정뿐만 아니라 간단한 제조공정을 가능하게 한다. 반경방향의 유격은 드라이브 샤프트 및/또는 서포트 플레이트 절결부에서 상기 단차부들의 약간의 원뿔형 구조에 의해 제거될 수 있다. 축방향 안전장치는 별개로 마련될 수 있는데, 예를 들면, 도 52와 같이 샤프트 끝단에 나사고정되어 서포트 플레이트(8)에 대항하여 인장되는 나사 너트의 방식으로 형성될 수 있다.
이러한 단차부들에 대해 대안적으로, 샤프트 부분이 서포트 플레이트(3)에 끼워지는 범위 내에서, 드라이브 샤프트(6)는 서로에 대해 편심적으로 편심되고 특히 드라이브 샤프트(6)의 다른 나선 외형의 한쪽만의 원뿔형 모따기에 의해 형성될 수 있는 둘레면(peripheral surface) 부분(66)(67)을 구비할 수도 있다. 서포트 플레이트 절결부는 그에 상보적(complementary)인 방식으로 형성될 수 있다. 또 한, 토크는 2개의 둘레면 부분(66)(67)의 편심에 의해 전달될 수 있다. 드라이브 샤프트는 나사에 의해 앞서와 같이 축방향으로 고정되어 서포트 플레이트에서 인장된다.
또한, 도 55 및 도 56은 드라이브 샤프트(6)와 서포트 플레이트(8) 사이의 핀 연결부(pin connection)를 나타낸 것으로, 여기에서 드라이브 샤프트(6)의 나선 외형을 갖는 샤프트 부분이 마찬가지의 나선형 서포트 플레이트 절결부에 위치되는 상태를 나타내고 있다. 복수의 핀(69), 바람직하게는 나사산 핀(threaded pin)은 서포트 플레이트(8)와 드라이브 샤프트(6) 사이에 있는 유체 안내부의 바깥쪽으로 도입되는 것이 바람직한데, 상기 핀(68)은 도 56과 같이 드라이브 샤프트(6)에 결합될 때까지 본 실시형태에서 바깥쪽으로부터 반경방향으로 서포트 플레이트(8)에 나사고정된다.
로터리 모터의 피스톤(3)은 일반적으로 상이한 디자인을 가질 수 있다. 도 7 및 도 8은 피스톤(3)의 바람직한 다중 부분 실시형태를 나타낸 것이다. 피스톤 캐리어(piston carrier)(19)는 고리 모양으로 형성되며 그 반경방향으로 바깥쪽으로 배치된 부분으로 피스톤(3)의 외부재킷표면(jacket surface)을 형성한다. 그 단면에서, 피스톤 캐리어(19)는 2개의 원형 오목부를 구비하는데, 이 오목부에는, 내부재킷표면이 샤프트통과절결부(10)를 함께 형성하는 원형 외피(circular shell)를 함께 각각 형성하는 각 2개의 내부 반쪽외피(half-shell)(20)(21)가 삽입될 수 있다. 내부 씰링고리(12)는 그 단면에 배치된 내부 반쪽외피 쌍(20)(21) 사이에 삽입되는 것이 바람직하다.
이러한 점에서, 일체형 피스톤 캐리어(19)는 바람직하게는, 드라이브 샤프트(6)의 단면 서포트 플레이트(8)를 밀어넣을 정도로 충분히 큰 내경을 갖는다.
도 9 및 도 10은 마찬가지로 다중 부분을 갖는 대안적인 피스톤 실시형태를 나타낸 것이다. 여기서, 피스톤(3)은 반경방향으로 서로 배치될 수 있는 2개의 피스톤 반쪽외피(22)(23)로 이루어진다. 조인트(24)는 바람직하게는, 도 9에 도시하는 바와 같이 원호형태로 뻗어있다. 특히, 드라이브 샤프트(6)의 나선영역에 상응하는 샤프트통과절결부(10)의 마찬가지의 원호영역으로 될 수 있다. 2개의 피스톤 반쪽외피(22)(23)는 나사(25)와 중심위치맞춤 슬리브(centering sleeve)(26)를 통해 서로 나사고정될 수 있다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 2개의 각 내부 씰링고리(12)와 2개의 외부 씰링고리(13)는 본 실시형태에서 피스톤(3)에 마련된다.
대안적으로, 피스톤(3) 또한 일체형으로 형성될 수 있다. 도 11 및 도 12는 이러한 실시형태를 나타낸 것으로, 도 30 내지 도 32와 관련하여 설명한 바와 같이, 서포트 플레이트(8)에의 드라이브 샤프트(6)의 상응하는 해제가능한 연결 또는 드라이브 샤프트(7)의 내부외피 안쪽의 출력 샤프트나 베어링 핀의 형성을 필요로 한다는 것을 나타낸 것이다. 또한, 피스톤의 상응하는 외부재킷표면과 내부재킷표면 둘레에 고리모양으로 각각 뻗어 있는 각 2개의 축방향으로 상호 간격을 둔 내부씰링(12)과 외부씰링(13)이 마련되어 있다. 이는 각각 압력이 충전된 압력실(4) 또는 (5)로부터 유압(hydraulic pressure) 또는 공기압(prenumatic pressure)을, 한 쌍의 씰링고리 사이에 각각 형성된 고리형 압력포켓(annular pressure pocket)(27)(28)에 채우는데에 사용될 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 피스톤(3)에는 한편으로는, 피스톤의 단면에 개구(開口)되어 있고, 다른 한편으로는, 씰링고리들 사이에 있는 피스톤의 재킷표면들 상의 상기 압력포켓(27)(28)에 개구되어 있는 상응하는 공급구멍(feed bore)(29)들이 형성되어 있다. 공급구멍(29)들의 연결은 도 11과 같이, 밸브(30)를 통해 각 압력면(pressure side)으로 조절될 수 있다. 한편, 유도된 반경방향 힘은 각각 압력실(4)(5)로부터 공급되는 압력포켓(27)(28)을 통해 적어도 부분적으로 취해질 수 있으며, 다른 한편으로는, 마찰을 실질적으로 감소시킬 수 있어 로터리 모터의 효율을 상당히 향상시킬 수 있다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 피스톤(3)은 또한 타원형 원통모양을 가질 수 있다. 한편, 본 발명에 의해 피스톤 공간은 힘결합점(force engagement point)의 변위(displacement)에 의해 더 좋게 사용될 수 있다. 다른 한편으로는, 피스톤의 평탄면(flat side)쪽으로 에러 레버(error lever)가 더 작아지게 된다. 보다 큰 샤프트 점프(shaft jump)는 특히 균형잡힌 피스톤으로 달성될 수 있다. 또한, 도 13에 도시된 피스톤의 타원모양에 따라, 나선형으로 구부려진 드라이브 샤프트(6)의 외피(31)는 하우징(1)의 내부재킷표면에서 길다란 곡선부(longer curve section) 상에 더 좋게 배치된다. 그러나, 하우징(1)에서 드라이브 샤프트(6)의 더 나은 지지력(support)을 달성할 수 있는데, 이는, 특히 축방향 힘이 더 큰 샤프트 휨(shaft bend)을 유발할 수 있는 길다란 구조모양을 갖는다는 점에서 중요하다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 드라이브 샤프트(6)는 또한 타원형 또는 타원체 단면을 갖는다. 이는 휨방향으로의 드라이브 샤프트(6)의 안전성을 향상시킨다. 타원형 또는 타원체 단면의 평탄면은 하우징(1)의 마찬가지의 타원형 또는 타원체 내부재킷표면에 더 좋게 배치될 수 있어, 더 나은 지지력이 달성된다.
도 15에 도시하는 바와 같이, 폭이 좁은 면(narrow side)이 외피(31)쪽으로 더 좋게 당겨지도록, 간단히 말하면 타원모양으로 형성되는 하우징(1)의 내부재킷표면이 중앙에서 제약을 받는다는 점에서 지지효과(support effect)는 더 향상될 수 있다.
도 16에 도시하는 바와 같이, 드라이브 샤프트(6)는 또한 외피 바깥쪽으로 더 두껍게 그리고 안쪽으로 더 얇게 형성되는 계란형 또는 다각형 단면으로 제공될 수 있고, 이에 의해 드라이브 샤프트(6)는 그 휨강성과 비틀림강성에 대하여 최적화된다. 하우징(1)과 피스톤(1)의 외부재킷표면은 또한 드라이브 샤프트(6)가 지지되도록 한쪽을 향해 더 두껍게 그리고 다른 쪽을 향해 더 폭좁게 형성되는 다각형 원통 외형을 갖는다. 그러나, 이러한 힘에 대해 균형잡힌 소형의 실린더가 달성될 수 있다.
피스톤(3) 끝단 위치 감쇠(damping) 및/또는 그 위치의 연속적인 조절을 달성하기 위해, 조절가능한 컨트롤 슬라이드(control slide)(32)가 도 17에 도시된 바와 같이 설치될 수 있는데, 상기 컨트롤 슬라이드는 압력실(4) 또는 (5)가 채워지거나 비워지는 압력매체공급라인과 드레인라인(drain line)(33)과 연결된다. 상기 라인(33)의 개구단면은 컨트롤 슬라이드(32)를 통해 변화될 수 있다. 만일 그 개구단면이 도 17에 도시하는 바와 같이 완전히 폐쇄되면, 피스톤(3)은 왼쪽으로 더 이동될 수 없어 그 끝단 위치에 도달하게 된다.
2개의 로터리 모터는 도 18에 도시된 컨트롤방식(control scheme)에 의해 압력매체를 통해 그 회전운동에 대하여 간단한 방식으로 동기화될 수 있다. 2개의 로터리 모터는 바람직하게는, 서로 동일하게 형성될 수 있고 도 1 내지 도 3에 따른 실시형태에 실질적으로 대응할 수 있다. 각 모터의 압력실(4)(5)는 플로우 스플리터(flow splitter)(36)를 통해 분기(分岐)되어 2개의 모터의 각 압력실(4) 또는 (5)로 안내되는 공통압력라인(34) 또는 (35)를 통해 각각 충전된다.
도 19는 공통의 피스톤(3)을 통해 기계적으로 동기화되는 2개의 드라이브 샤프트(6)를 갖는 로터리 모터의 실시형태를 반대로 나타낸 것이다. 도 19 및 도 20에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태에서의 피스톤(3)은 바람직하게는, 압착된 평탄한 단면(pressed-flat cross-section)을 갖는다. 특히, 피스톤은, 2개의 드라이브 샤프트(6)가 대응하게 형성된 하우징(1)의 평탄면쪽에 배치될 수 있도록 타원형 원통 또는 타원체 원통 형태로 만들어질 수 잇다. 이 경우에서 공통의 피스톤(3)은 2개의 드라이브 샤프트(6) 상에 변위가능하게 슬라이딩되는 2개의 샤프트통과절결부(10)를 갖는다.
2개의 드라이브 샤프트(6)는, 앞서 설명한 바와 같이 각각 나선형으로 형성되어 있는데, 대향하는 방향으로 구부려진 샤프트 부분들이 2개의 샤프트통과절결부(10)에 끼워지도록 나선형 나사선으로 서로에 대해 옵셋되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 샤프트에 의해 피스톤(3)에 야기되는 반경방향 힘이 보상된다.
도 19 및 도 20에 도시하는 바와 같이, 모터의 이러한 이중(double) 샤프트 실시형태에 따라, 가이드 로드(guide rod)(37)가 하우징(1)의 내부공간의 중앙에 삽입될 수 있는 것이 바람직한데, 상기 내부공간은 2개의 단면 하우징 커버 또는 서포트 커버를 서로 연결한다. 피스톤(3)은 상기 가이드 로드(37) 상에 슬라이딩가능하게 위치되는 대응하는 절결부를 갖는다. 가이드 로드(37)는, 바람직하게는 단면 하우징 부분들을 연결한다는 점에서, 피스톤 안내에 더불어, 수압을 위한 힘수용(force reception)을 유발시킨다. 더욱이, 가이드 로드는 매우 큰 모터 디자인에 있어서는 특히 중요성이 있을 수 있는 피스톤 면적을 줄인다.
이러한 점에서, 서로에 대해 샤프트 프로파일(shaft profile)의 상이한 배열에 의해 상이한 이점들이 달성될 수 있다. 도 20에 도시된 설치위치가 소형의 외부치수를 갖는 2개의 샤프트의 넓은 축방향 간격을 가능하게 하므로, 샤프트들은 횡방향 힘 보상을 달성하기 위해 도 20A에 도시된 바와 같이 본 발명의 더 바람직한 실시형태에 따라 배열될 수도 있다. 도 20A에 도시하는 바와 같이, 2개의 샤프트로부터 피스톤에 작용하는 힘(F1)(F2)은, 얻어지는 지지반작용힘(support reaction force)이 대략 영에 해당하도록 그 도면에 도시된 샤프트들의 설치위치에 서로 맞서 작용한다. 이러한 점에서, 드라이드 샤프트(6)의 회전축(7)은 도 20A과같이 2개의 샤프트통과절결부 사이의 직선연결선 상에 배치되지 않되, 그 절결부에 횡방향으로 옵셋되어 있다.
도 21 및 도 22는 소위, 드라이브 샤프트(6)의 나선형 디자인의 운동학적 역전(kinematic reversal)관계를 나타낸 것이다. 본 실시형태에서, 드라이브 샤프 트(6)는 마찬가지로 크랭크샤프트로서 이루어진다. 그러나, 그 드라이브 샤프트는 도 21과 같이 드라이브 샤프트의 회전축(7)에 대해 편심되며 회전축(7)에 평행하게 뻗는 직선영역(straight extent)을 갖는다. 피스톤(3)은 이 경우에서 원통형 샤프트통과절결부(10)에 의해, 마찬가지로 드라이브 샤프트(6) 상에 슬라이딩하는 방식으로 축방향으로 변위가능하게 위치된다. 크랭크 원리에 따라 드라이브 샤프트(6)를 구동하기 위해, 하우징(1)의 내부재킷표면은, 피스톤(3)이 축방향 변위시 회전축(7)을 중심으로 나선형 회전을 실행하도록 드라이브 샤프트(6)의 회전축(7)을 중심으로 그 자체 나선형으로 회전 또는 나사고정된다. 이에 의해, 드라이브 샤프트(6)는 상응하는 크랭크 방식으로 회전된다.
회전의 출력속도와 출력각도 및 달성가능한 출력토크를 소정의 하우징 전체 길이와 샤프트 피치를 갖는 경우의 요건에 적합시킬 수 있도록 하기 위해, 출력 셋업(set-up) 또는 셋다운(set-down) 트랜스미션(transmission)(38)은 도 23에 도시하는 바와 같이 하우징(1) 및/또는 서포트 커버(2)에 통합될 수 있다. 드라이브 샤프트(6)를 지지하는 서포트 플레이트(8)는 특히, 도 23과 같이 하우징(1) 단면측에 근접하는 서포트 커버(2)에서 지지되며 그 서포트 커버(2)를 통과하는 출력샤프트(40)를 구동하는 출력피니언(39)과 맞물리는 단부톱니형구조(end toothed arrangement)를 구비한다.
도 24 및 도 25는 도 1 내지 도 3과 거의 유사하며 다른 영역에서는 도 1 내지 도 3에 대응하는 실시형태를 나타낸 것이다. 도 1 내지 도 3에 도시한 실시형태에 대신하여, 드라이브 샤프트(6)는 서포트 디스크(support disk) 또는 서포트 플레이트(8)에 견고하게 연결된 것이 아니라, 볼조인트(ball joint) 방식으로 연결된 것이다.
도 11 및 도 12에 따른 실시형태와 마찬가지의 방식으로, 도 26 및 도 27 또한 서로 축방향으로 이격되어 있고 각각 피스톤과 관계없이 대응하는 외부재킷표면 또는 내부재킷표면 주위에 고리형상(ring shape)으로 뻗는 2개의 내부씰(12)과 외부씰(13)을 구비하는 일체형 피스톤(one-part piston)을 나타낸 것이다. 도 11에 따른 실시형태와 달리, 주변방향으로 뻗는 씰 이외에, 축방향으로 뻗는 씰링부재들이 구비되어 있는데, 이는 2개의 축방향으로 이격된 씰(12)(13)을 피스톤의 대향하여 배치된 쪽에 서로 연결된다(도 27 참조). 씰(12)과 씰(13) 사이에 주변방향으로 뻗는 압력포켓(27)(28)은 대향하여 배치된 주변측면상에 반원호형태로 배치되도록 축방향의 씰링웹(sealing web)(12a)(13a)에 의해 분할되어 있다. 이에 의해, 압력포켓은 피스톤(3)에 압력을 인가함에 따라 각각 압력실(4) 또는 압력실(5)로부터 채워질 수 있다. 도 26 및 도 27에 도시하는 바와 같이, 상기 압력포켓(27)(28)은 피드보어(feed bore)(29a)(29b)를 통해 한번은 압력실(4)로부터, 한번은 압력실(5)로부터 채워진다.
도 28 및 도 29는 도 26과 도 27에 대응하는 피스톤 디자인을 나타낸 것이다. 그러나, 이와 반대로, 서로 이격되어 있고 주변방향으로 뻗는 복수의 씰을 구비하지 않고 오직 1개의 씰만을 구비하고 있다. 그러나, 이 1개의 씰은 도 28과 같이 S형상 영역만큼 편심되거나, 또는 압력실(4)에 대향하는 측면상에 부분적으로, 그리고 압력실(5)에 대향하는 피스톤(3)의 측면상에 대향 배치된 부분으로, 또 한 각각의 경우에 피스톤 주변의 대략 절반이상으로 대각선 영역만큼 편심되어 있다. 2개의 섹터형상(sector-shape) 압력포켓은 상이한 압력실(4)(5)로부터 상기한 방식으로 형성되는데, 마찬가지로 도 28에 도시하는 바와 같이, 이와 같은 S형상 영역 또는 대각선 영역에 의해 서로 분할되어 있다.
도 30에 도시한 본 발명의 실시형태에 있어서, 상호 대향하여 배치된 압력포켓은 마찬가지로 피스톤(3)과 하우징(1) 사이 그리고 피스톤(3)과 샤프트(6) 사이에 형성되지만, 도시한 실시형태에서는 도 30과 같이 각각의 경우에 피스톤 주변에 걸쳐 대각선으로 뻗는 고리형상 씰(13)(12)에 의해 경계지어진다. 이에 의해, 압력포켓은, 그 깊이가 주변방향으로 고려되는 반대방향으로 증가하거나 감소하는 비스듬한 쐐기형 디자인(wedge-like design)으로 이루어진다. 1개의 압력포켓은 하나의 피스톤 측면과 다른 1개의 압력포켓은 다른 하나의 피스톤 측면과 압력소통상태(pressure communication)로 있게 되므로, 1개의 압력실에 압력이 충전되면 1개의 압력포켓이 채워지며, 로터리 모터의 다른 1개의 압력실에 압력이 충전되면 다른 1개의 압력포켓이 채워진다는 것을 알 수 있다. 여기에서, 대응하는 압력완화(pressure relief)가 달성될 수 있다.
또한, 도 30에 도시된 로터리 모터의 실시형태는 그 로터리 모터에 연결된 샤프트(6)와 출력샤프트(9)의 디자인에 따라 다르다. 도 31 및 도 32에 도시하는 바와 같이, 샤프트(6)는 회전축(7)의 비교적 작은 편심률(eccentricity)을 갖는 비교적 큰 샤프트 직경을 갖는다. 서포트 또는 드라이브 샤프트 핀(2)들은 샤프트(6)의 내부외피부분의 내부에 형성되는 것이 바람직하고, 이에 의해 샤프트 몸체 에 하나의 부품으로 일체로 형상화될 수 있다. 도 32에서, 참조숫자 41은 상기 서포트 또는 출력샤프트 핀(9)이 뻗는 샤프트(6)의 내부외피부분을 나타낸 것이다.
도 30에 도시하는 바와 같이, 도시한 실시형태에서의 샤프트(6)는 본 실시형태에서 하우징(1)에 견고하게 연결될 수 있는 하우징 커버들에 2개의 롤러베어링(roller bearing)(42)를 통해 체결된다. 샤프트(6)는 특히, 샤프트의 휨을 위해 적절한 유효 지지공간(effective support spacing)을 줄이는 2개의 테이퍼형 롤러베어링 사이에 클램핑된다. 서포트 커버들은 클램프 나사(43)에 의해 서로 또는 하우징(1)에 클램핑될 수 있다. 각각의 서포트 커버는 한편으로는, 서포트 또는 출력샤프트 핀(9)들에 대해, 다른 한편으로는 하우징에 대해 씰(44)(45)을 통해 씰링된다.
도 57은 로터리 모터의 특히 바람직한 디자인을 나타낸 것이다. 본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 샤프트의 하우징 또는 서포트는, 드라이브 샤프트(6) 위에 위치된 피스톤(3)과 함께, 그리고 서포트 커버(8)와 함께 하우징(1)의 일측면에서 축방향으로 드라이브 샤프트(6)를 제거할 수 있고 또한 씰 교환이나 수리를 위해 간단한 방법으로 접근가능하게 씰을 형성할 수 있도록 제작된다. 바람직하게는, 이러한 목적을 위해 제2 서포트 플레이트를 제거해서는 안 된다. 상기 모터는 이러한 점에서 특히 단면 지지위치(end-face support site)에 대하여 일반적으로 소위, 비대칭 디자인을 가질 수 있다.
이러한 점에서 드라이브 샤프트(6)는, 그 2개의 단부에서, 즉 샤프트가 일측면에 축방향으로만 고정되도록 일단부에 있는 고정 서포트(fixed support)와 비고 정 서포트(loose support)에 의해 다르게 지지되어 있다. 정적(靜的)으로 규정된 샤프트의 서포트는 이에 의해 축방향 힘을 틈이 없이 받아들임으로써 전체적으로 소형의 구조로 달성된다. 이러한 소형의 구조는 특히 매우 좁은 공간으로 인해 버켓 드라이브(bucket drive)처럼 로터리 모터를 사용할 때 매우 유리하다.
간단한 제조로 바람직한 설치와 바람직한 힘출력을 달성하기 위해, 샤프트는 상술한 실시형태들 중 어느 하나에서 서포트 플레이트 또는 서포트 디스크(8)에 의해 하우징(1)에서 일단부에 지지되는 것이 바람직한데, 도 33 내지 도 56에 따른 상술한 실시형태들 중 하나에 따른 해제가능한 연결부는 서포트 플레이트와 샤프트 사이에 마련될 수 있다. 서포트 플레이트(8)에 의해 형성된 지지위치는 드라이브 샤프트(8)의 고정 서포트를 형성한다. 반대로, 대향하여 배치된 단부에서, 드라이브 샤프트(6)는 하나의 부품으로 일체로 형상화되고 단면측에서 하우징 커버에 위치되며 드라이브 샤프트(6)의 비고정 서포트를 형성하는 샤프트 시작부(shaft start)(69)를 갖는다. 이러한 점에서 샤프트 시작부(69)는 드라이브 샤프트(6)의 나선형 크랭크샤프트 부분보다 큰 직경을 가지며, 특히 드라이브 샤프트(6)의 나선을 새기는 가상의(imaginary) 원통형 외피면에 대략 대응할 수 있고 이어서 샤프트를 작동시키는 원래의 샤프트 블랭크 외형(blank contour)에 대응할 수 있다.
본 발명의 또 다른 개발에 있어서, 2개의 압력실을 연결하는 적어도 1개의 과잉압력통로(71)를 갖고 정상적인 경우에, 즉 미리 설정된 임계값(threshold value)이 초과될 때만 개방하는 과잉압력밸브(72)에 의해 그 임계값 이하의 압력에서 폐쇄되는 모터의 2개의 압력실(4)(5) 사이에는 과잉압력(70)으로부터의 안전을 위한 안전장치(security)가 설치되어 있다. 과잉압력에 대한 안전장치는 도 57에 도시하는 바와 같이, 일반적으로 샤프트 절결부의 형태로 샤프트에 통합될 수 있다. 그러나, 과잉압력에 대한 안전장치는 피스톤(3)에 택일적으로 또는 부가적으로 통합될 수 있는 것이 바람직한데, 이는 특히 샤프트의 나선영역을 갖는 과잉압력통로(72)의 도입을 용이하게 해준다. 바람직하게는 바깥쪽으로부터 개방압력에 대해 조절가능한 과잉압력밸브(72)를 조절할 수 있도록 하기 위해서, 도시한 실시형태에 있어서는, 도 57과 같이, 폐쇄나사(closing screw)(72)의 형태로 있는 접근장소(access site)가 하우징 커버들 중 하나의 단면측에 형성되어 있고 피스톤(3)에 설치된 과잉압력밸브(72)는 상기 폐쇄나사에 의해 바깥쪽으로부터 하우징을 통하여 작동될 수 있다.
도 57에 도시하는 바와 같이, 피스톤에 각각 바깥쪽과 안쪽으로 마련된 씰(12)과 씰(13)은 대각선 영역을 갖고, 이에 의해 오일(oil)의 전단(剪斷)효과(shearing off effect)가 대비된다. 윤활필름 쿠숀(lubrication film cushion)은 연속적으로 채워지고 부하 변경(load change)시에 실린더 벽에 자동적으로 씰링되는 윤활필름 포켓들로 인하여 우측/좌측으로 이어지는 일정한 접촉변화에 따라 강화된다.
Claims (31)
- 건설기계, 호이스트 기어(hoisting gear), 트럭 등에 사용되는 로터리 모터(rotary motor), 바람직하게는 피벗 드라이브(pivot drive)로서, 길다랗고 대략 관형의 하우징(tubular housing)(1), 상기 하우징(1) 내에 축방향으로 변위가능하게 수용되며 압력실(4, 5) 내에 압력매체를 충전함으로써 축방향으로 구동될 수 있는 적어도 1개의 피스톤(3), 및 상기 하우징(1) 내에 축방향으로 고정되고 회전축(7)을 중심으로 회전가능하게 수용되는 적어도 1개의 샤프트(6)를 포함하며, 상기 피스톤(3)은 상기 샤프트(6) 상에 축방향으로 변위가능하게 위치되는 샤프트통과절결부(shaft passage cut-out)(10)를 갖는 로터리 모터에 있어서,상기 샤프트(6)는 크랭크샤프트를 형성하되, 그 회전축(7)이 상기 피스톤(3)의 샤프트통과절결부(10)에 대해 오프셋(offset)되어 있고, 상기 샤프트통과절결부(10)는 피스톤 단면(piston cross-section)에 대해 상기 피스톤(3) 내의 중앙에 배치되어 있으며 상기 피스톤(3)은 상기 하우징(10)에 대해 회전가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항에 있어서,상기 샤프트(6)는 그 회전축(7)을 중심으로 나선영역(helical extent)을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항에 있어서,상기 샤프트(6)는 그 회전축(7)에 평행하게 뻗는 직선영역(straight extent)을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 하우징(1)은 나선형으로 회전되는 내부재킷표면(inner jacket surface)을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제2항에 있어서,상기 하우징(1)은 원형 원통 내부재킷표면을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 샤프트(6)는 원형 단면을 갖고 상기 피스톤(3)은 원형 외주 외형(outer peripheral contour)을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 피스톤(3) 내의 상기 샤프트통과절결부(10)는 상기 샤프트(6)의 단면에 맞게 형성되고, 특히 상기 샤프트 단면에 대응하고 및/또는 그 축방향 영역(axial extent) 내에서 상기 샤프트 외형의 축방향 영역에 맞게 형성된 것을 특징으로 하 는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,상기 피스톤(3)과 하우징(1) 및/또는 상기 피스톤(3)과 샤프트(6)에서 피스톤(3)의 반경방향 힘 및/또는 축방향으로 변위가능한 안내를 실행하는 표면 쌍(surface pair)이 피스톤(3)의 압력충전을 위해 압력실(4, 5)의 씰링(sealing)을 위한 씰링 표면 쌍(sealing surface pair)을 동시에 형성하는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,상기 피스톤(3) 내의 샤프트통과절결부(10)와 상기 샤프트(6) 사이에는 씰(seal)(12)이 삽입되어 있고 및/또는 상기 피스톤의 외부재킷표면과 상기 하우징의 내부재킷표면 사이에는 씰(13)이 삽입되어 있는데, 상기 씰(12)(13)은, 상기 압력실(4, 5)로부터 채워질 수 있는 압력포켓(pressure pocket)(27, 28)이 피스톤(3)과 하우징(1) 사이 및/또는 피스톤(3)과 샤프트(6) 사이에 형성되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,상기 피스톤의 외부재킷표면 및/또는 상기 하우징의 내부재킷표면에 상호 대향하여 배치된 주변섹터(peripheral sector)(41)(42)는 축방향으로 뻗는 씰링부재 들 및/또는 씰링부재 부분(43, 44)들에 의해 피스톤(3)의 주변방향으로 경계지어지고 각각은 압력포켓(27, 28)을 형성하는데, 그 중 하나는 1개의 피스톤 단면측(端面側; end-face side)과 압력 또는 흐름 소통(flow communication)상태에 있고 다른 하나는 대향하는 배치된 피스톤 단면측과 압력 또는 흐름 소통상태에 있으며, 피스톤의 외부재킷표면 및/또는 샤프트통과절결부(10)의 내부재킷표면에 상호 대향하여 배치된 주변섹터(41, 42)는 피스톤 주변에 걸쳐 대각선으로 뻗는 씰링부재에 의해 경계지어지고 각각은 압력포켓(27, 28)을 형성하는데, 그 중 하나는 1개의 피스톤 단면측과 압력 또는 흐름 소통상태에 있고 다른 하나는 대향하여 배치된 피스톤 단면측과 압력 또는 흐름 소통상태에 있는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,상기 하우징(1)과 상기 피스톤(3) 사이 및/또는 상기 피스톤(3)과 상기 샤프트(6) 사이에는 롤러베어링이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,상기 피스톤(3)은, 본질적으로 각 피스톤 부분이 크랭크샤프트 단부에 있는 서포트 스텀프(support stump)를 밀어낼 수 있도록 다중 부분(multiple part)으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,상기 피스톤(3)은, 피스톤의 외부재킷표면을 적어도 부분적으로 형성하고 상기 샤프트통과절결부를 조립상태로 형성하는 단면측에 적어도 1개의 내부 반쪽외피 쌍(half-shell pair)이 배치될 수 있는 고리형 피스톤 캐리어(ring-shaped piston carrier)(19)를 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,상기 피스톤(3)은 2개의 대향하여 배치된 단면측에 동등하게 큰 유효 피스톤 표면(effective piston surface)을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,상기 하우징(1) 및 그 하우징에 있는 샤프트(6)의 서포트(support)는, 상기 샤프(6)가 그 샤프트 상에 위치된 피스톤과 함께, 특히 샤프트에 고정 서포트 디스크(support disk)(8)와 함께 상기 하우징(1)으로부터 축방향으로 제거될 수 있도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,상기 샤프트(6)는 다르게 만들어지고 및/또는 그 2개의 단부에 다르게 지지되는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,상기 샤프트(6)는 상기 하우징(1)에서 그 일단부에 축방향 고정 베어링(axial fixed bearing)에 의해 그리고 그 타단부에 의해 축방향 비고정 베어링(axial loose bearing)에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,상기 샤프트(6)는, 각각 상기 단면측에 있는 압력실(4, 5)과 경계지어지고 및/또는 압력실(4, 5) 내의 압력에 의해 충전될 수 있는 서포트 플레이트(support plate) 및/또는 서포트 디스크(8)에서 각각의 경우에 그 2개의 단부 중 적어도 하나에 지지되어 있는데, 상기 샤프트(6)는 서포트 플레이트 및/또는 서포트 디스크(8)의 절결부측으로 뻗어 있고 서포트 플레이트 및/또는 서포트 디스크(8) 상에 전 영역에 걸쳐 절결부를 통해 토크를 전달하는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,상기 서포트 플레이트 및/또는 서포트 디스크(8)의 절결부는 샤프트(6)의 마찬가지의 나선영역이 연장되는 나선영역을 갖는데, 상기 절결부에 위치된 나선형 샤프트 부분은 형상맞춤부재(shape matching element)에 의해 상기 절결부에 대해 축방향 및/또는 반경방향으로 고정, 바람직하게는 앵커(anchor)되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제18항에 있어서,상기 샤프트(6)는 그 나선영역의 안쪽에 배치되며 상기 서포트 플레이트에 대해 클램핑(clamping)될 수 있는 서포트 플레이트(8)의 절결부의 영역 내에 복수의 각각 원형 원통 단차부(circular cylindrical step) 및 상호 편심적으로 만곡된 단차부(eccentrically offset step)를 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,상기 샤프트(6)는 상기 샤프트 부분의 내부외피표면의 안쪽으로 뻗는 바람직하게는 일체로 형상화된 서포트 및/또는 출력샤프트 핀(9)을 갖고 및/또는 그 직경(dL)이 샤프트 편심률(ε)의 2배 뺀 샤프트 직경(dw)에 대략 상당하는 것, 즉 dL = dW - 2ε인 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,상기 샤프트(6)는 샤프트 직경보다 크고 상기 샤프트 부분의 외부외피표면에 실질적으로 대응하는 바람직하게는 일체로 형상화된 서포트 및/또는 출력샤프트 핀(9)을 갖고 및/또는 그 직경(dL)이 샤프트 직경(dw)과 샤프트 편심률(ε) 4배의 합에 대략 상당하는 것, 즉 dL = dW + 4ε인 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,상기 샤프트 측면에 있는 서포트 부분과 하우징(1) 사이의 샤프트(6)의 지지 부위(support site)에는 채워질 수 있는(feedable) 압력포켓(feedable pressure pocket)들이 형성되어 있고, 상기 하우징의 샤프트 서포트 절결부의 내부재킷표면에 있는 상호 대향하여 배치된 주변섹터(peripheral sector)와 상기 샤프트 측면에 있는 연관된 서프트 핀은 축방향으로 뻗는 씰링부재들 및/또는 상기 서포트 핀의 주변방향으로의 씰링부재 부분들에 의해 경계지어지며 각각은 압력포켓을 형성하는데, 그 중 하나 또는 다른 하나는 회전구동방향에 따라 인접하는 압력실과 소통상태로 될 수 있는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,상기 피스톤(3)은 건조 미끄럼재료(dry sliding material), 바람직하게는 내마모(wear-resistant) 및 저마찰(low-friction) 합성재료, 바람직하게는 세라믹재료 및/또는 플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,상기 피스톤(3)은, 피스톤(3)이 적어도 하나의 부하방향(load direction)에서 정해진 댐핑부재(damping element)를 형성하도록 로터리 모터의 적어도 하나의 부하방향으로 탄성 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,상기 적어도 1개의 압력실(4, 5)은 과잉압력밸브를 통해 흐름을 제어하는 과 잉압력라인(excess pressure line)과 소통상태로 있는데, 상기 과잉압력라인과 상기 과잉압력밸브는, 바람직하게는 상기 피스톤(3) 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항에 있어서,상기 피스톤(3)의 연관된 샤프트통과절결부(10)에 대해 각각의 회전축(7)이 각각 오프셋(offset)되는 2개의 샤프트(6)가 설치되어 있는데, 상기 2개의 샤프트(6)는 상기 피스톤(3) 면적의 단면 중앙에 대해 대칭적으로 배치되는 공통의 피스톤(3) 내의 2개의 샤프트통과절결부(10) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,상기 2개의 샤프트(6) 각각은, 상기 샤프트통과절결부(10)에 위치된 샤프트 부분들이 반대로 구부려지고 및/또는 상기 샤프트 부분들에 의해 피스톤(3)에 가해지는 힘(F1, F2)들이 서로 보상되도록 각각의 다른 나선영역에 대해 나사선 오프셋(thread offset)을 갖는 회전축을 중심으로 나선영역을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항에 있어서,상기 샤프트(6)는 회전축(7)이 상기 피스톤(3)의 샤프트직경절결부(10)에 대 해 오프셋되는 크랭크샤프트를 형성하며, 상기 샤프트(6)는 타원형, 타원체 또는 다각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제1항에 있어서,상기 샤프트(6)는 회전축(7)이 상기 피스톤(3)의 샤프트직경절결부(10)에 대해 오프셋되는 크랭크샤프트를 형성하며, 상기 피스톤은 타원형, 타원체 또는 다각형 외주외형(outer peripheral contour)을 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
- 제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,제2항 내지 제26항 중 적어도 한 항의 특징이 더 제공되는 것을 특징으로 하는 로터리 모터.
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