KR100579757B1

KR100579757B1 - 지지 커넥터 요소를 구비한, 완충기 피스톤을 포함하는 피스톤/실린더 장치용 피스톤

Info

Publication number: KR100579757B1
Application number: KR1020037010838A
Authority: KR
Inventors: 마이에발트
Original assignee: 게카엔 진터 메탈스 홀딩 게엠베하
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2006-05-15
Also published as: DE10108246A1; ATE284498T1; BR0207441A; BR0207441B1; JP2004520560A; WO2002066857A3; ES2233800T3; CN1325821C; JP3894890B2; EP1362197A2; DE50201730D1; KR20030077630A; CN1529795A; US6928923B2; US20040079599A1; MXPA03007426A; EP1362197B1; WO2002066857A2

Abstract

본 발명은 각각의 피스톤 단부와 접경된 2개의 구역에서 그 둘레 면 상에 둘레 면을 넘어 돌출된 둘레 방향 웹(12)이 마련된 피스톤 본체(6)를 구비하는 완충기 피스톤을 포함하는 피스톤/실린더 장치용 피스톤에 관한 것이다. 둘레 방향 웹(12)에는 다른 피스톤 단부 쪽을 향해 서로 간격을 둔 채로 평행하게 길이 방향으로 연장된 지지 브리지(10)가 연결되되, 인접된 2개씩의 지지 브리지(10)가 홈형 리세스(11)와 접경되며, 열 변형성 패킹 재료로 이뤄진 칼라형 패킹(9)을 구비하고, 칼라형 패킹(9)은 둘레 방향 웹(12)뿐만 아니라 지지 브리지(10)도 적어도 그 높이의 일부에 걸쳐 칼라형 패킹(9)의 재료에 합체되도록 피스톤 본체(6) 상에 형성된다.

피스톤, 완충기, 피스톤 본체, 둘레 방향 웹, 지지 브리지, 홈형 리세스, 칼라형 패킹

Description

지지 커넥터 요소를 구비한, 완충기 피스톤을 포함하는 피스톤/실린더 장치용 피스톤{PISTON WITH SUPPORTING CONNECTOR ELEMENTS FOR A PISTON-CYLINDER ARRANGEMENT, INCLUDING A SHOCK ABSORBER PISTON}

본 발명은 지지 커넥터 요소를 구비한, 완충기 피스톤(shock absorber piston)을 포함하는 피스톤/실린더 장치용 피스톤에 관한 것이다.

EP-A-0 658 611로부터, 그 둘레 면 상에 환형 브리지가 마련된 피스톤 본체를 구비하고, 축 방향으로 연장된 다수의 브리지가 환형 브리지의 일 측에서 그 환형 브리지에 연결되는 완충기 피스톤이 공지되어 있다. 그러한 피스톤 본체에는 열가소성 플라스틱으로 이뤄진 패킹을 사출 성형 방법으로 사출하는데, 그 경우에 특히 그 사이에 놓인 다수의 홈이 패킹 재료로 완전히 채워지는 축 방향으로 연장된 브리지는 패킹 재료를 확실하게 고정시키고 피스톤을 안내하는 역할을 한다. 사출 성형으로 부착된 패킹은 허용 오차를 좁게 만들 수 있어 소위 "블로 바이(blow-by)" 현상을 회피시키고, 그에 따라 상호 배속된 실린더 공간의 확실한 밀봉을 구현한다. 그와 같이 사출 성형되는 패킹의 제조 방법은 비교적 복잡하다.

US-A-3 212 411로부터, 그 피스톤 본체가 둘레 면 상에 다수의 환형 홈을 구비하는 피스톤/실린더 장치가 공지되어 있다. 패킹을 부착하기 위해, PTFE(폴리테 트라플루오로에틸렌)으로 이뤄진 컵형 예비 성형체를 마련하는데, 그 예비 성형체를 우선 피스톤 본체 상에 헐겁게 씌운다. 이어서, 그와 같이 예비 처리된 피스톤 본체를 고온으로 가열된 성형 및 교정 실린더 내로 압입하는데, 그 때에 PTFE 재료는 열의 작용 하에 피스톤 본체의 둘레 면 상의 홈 내에 압착된다. 그런 연후에, 패킹이 눌려 박혀진 피스톤 본체를 상응하게 형성된 냉각 실린더에서 냉각시킨다. 홈은 패킹 재료로 완전히 채워져서 패킹과 피스톤 본체의 둘레 면과의 형상 끼워 맞춤에 의한 고정 결합을 구현한다. 이어서, 완충기 피스톤으로서 사용하기 위해, 일 측에서 피스톤의 단부 면을 덮고 있는 예비 성형체의 바닥 면을 제거해야 한다.

EP-A-682 190으로부터, 전술된 방법에 의한 그 제조에 있어 패킹을 부착하는데 컵형 예비 성형체 대신에 스탬핑된 링 디스크를 사용한다는 점에서만 상이한 완충기 피스톤이 공지되어 있다. 그러한 링 디스크를 피스톤 본체의 단부 상에 씌운다. 그와 같이 예비 처리된 피스톤 본체를 역시 가열된 성형 및 교정 실린더 내로 압입하는데, 그 때에 링 디스크는 피스톤 본체의 둘레 면 상에 밴드로서 젖혀지고, 이어서 열의 작용 하에 피스톤 본체의 둘레 방향으로 연장된 홈 내에 압착된다. 그런 연후에, 눌려 박혀진 패킹이 마련된 피스톤 본체를 냉각 관을 통해 안내한다. 본 경우에도 역시 홈은 패킹 재료로 사실상 완전히 채워져서 패킹이 피스톤 본체의 둘레 면과 형상 끼워 맞춤에 의한 고정 결합을 이루게 된다.

전술된 2가지 방법의 단점은 패킹 재료를 성형하여 피스톤 본체의 둘레 면 상의 홈 내에 압착하는데 상당한 가압력이 필요하고, 패킹을 형성하는 패킹 재료가 크게 변형되어 패킹 재료의 구조에 불리한 영향이 미쳐진다는 것이다.

DE-198 47 342 A로부터, 피스톤 단부에 접경된 구역에서 그 둘레 면 상에 둘레 면을 넘어 돌출되는 하나 이상의 환형의 둘레 방향 웹가 마련된 피스톤 본체를 구비하고, 둘레 방향 웹에는 다른 피스톤 단부 쪽을 향해 서로 간격을 둔 채로 평행하게 길이 방향으로 연장된 지지 브리지가 연결되되, 인접된 2개씩의 지지 브리지가 둘레 방향 웹의 반대쪽을 향한 그 단부에서 길이 방향으로 개방된 홈형 리세스와 접경되며, 둘레 방향 웹뿐만 아니라 지지 브리지도 적어도 그 높이의 일부에 걸쳐 패킹 재료에 합체되도록 피스톤 본체 상에 형성되는 열 변형성 패킹 재료로 이뤄진 칼라(collar)형 패킹을 구비하는 피스톤/실린더 장치용 피스톤, 특히 완충기 피스톤이 공지되어 있다.

그러한 공지의 방안은 일 측으로 피스톤의 칼라형 패킹과 타 측으로 실린더의 내벽 사이를 양호하게 밀봉하는데 있어 패킹이 피스톤 본체의 전 높이에 걸쳐 접하도록 할 필요가 없는 것으로 밝혀졌다. 칼라형 패킹은 둘레 방향으로 상대적으로 좁은 둘레 방향 웹에 고정적으로 지지되는 것으로 충분하다. 또한, 뜻밖에도 패킹과 피스톤 본체 사이를 아무런 장애가 없이 확실하게 결합시키는데 있어 EP-A-0 685 611로부터 공지된 바와 같이 길이 방향으로 연장된 지지 브리지 사이의 홈형 리세스가 패킹 재료로 완전히 채워지도록 할 필요가 없는 것으로 밝혀졌다.

아울러, EP-A-682 190에 개시된 형식으로 칼라형 패킹이 형성된 완충기 피스톤에서는 둘레 방향 웹 이외에 길이 방향으로 연장된 지지 브리지도 역시 그 높이의 일부에만 걸쳐 패킹에 합체되면 되는 것으로 밝혀졌다. 그럴 경우, 한편으로 길이 방향으로는 물론 둘레 방향으로 칼라형 패킹과 피스톤 본체 사이에 아무런 장애가 없는 형상 끼워 맞춤이 이뤄지고, 다른 한편으로 패킹 재료가 그다지 많이 성형되지 않아 가압력을 덜 가해도 될 뿐만 아니라, 성형 시에 재료가 현저히 덜 흘러내려 재료 구조에 불리한 영향을 미치는 것이 사실상 회피되게 된다. 홈형 리세스가 완전히 채워질 정도로 링 디스크를 성형한다 하더라도 리세스의 연장을 따라 이뤄지는 피스톤 본체의 이동으로 인해 패킹 재료의 횡 방향 성형 및 그에 따른 양호한 "재료 흐름"이 주어져서 그러한 성형 시에도 재료 구조에 불리한 영향을 미치는 것이 회피된다. 지지 브리지가 패킹 재료에 단지 부분적으로만 합체됨으로써 그 사이에 놓인 홈형 리세스가 완전히 채워지지 않기 때문에, 온도 상승에 기인한 팽창 시에 패킹 재료가 비켜날 수 있는 충분한 자유 공간이 남을 수 있으면서도 피스톤이 길이 방향으로 연장된 지지 브리지 상에서 아무런 장애가 없이 안내되게 된다. 그 경우, 길이 방향 브리지는 피스톤 본체의 단부에까지 연장되는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 개선된 피스톤, 특히 완충기 피스톤을 제공하는 것이다.

그러한 목적은 본 발명에 따라 청구항 1의 특징이 있는 피스톤에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 구성들은 실시예에 관한 이후의 설명 및 종속 청구항들에 기재되어 있다.

이하, 본 발명을 실시예가 도시된 개략적인 첨부 도면에 의거하여 더욱 상세 히 설명하기로 한다. 첨부 도면 중에서,

도 1은 완충기용 피스톤/실린더 유닛의 축 방향 부분 단면도이고,

도 2는 제 1 실시예의 완충기용 피스톤의 부분 단면 측면도이며,

도 3은 칼라형 패킹이 없는 상태에서 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따른 피스톤의 수평 단면도이고,

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따른 부분 단면도이며,

도 5는 제 2 실시예의 피스톤의 부분 단면 측면도이고,

도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ 선을 따른 피스톤의 수평 단면도이며,

도 7은 링이 씌워진 형태의 둘레 방향 웹를 구비한 실시예를 나타낸 도면이다.

도 1은 서로 상대 이동될 수 있는 부품, 예컨대 차축과 차체를 서로 결합시키는 완충기의 축 방향 단면도를 기능 개요도로서 나타낸 것이다. 그러한 완충기는 서로 상대 이동될 수 있는 양 부품 중의 하나와 결합되는 실린더(1) 부분을 구비한다. 실린더(1) 내에서는 피스톤 로드(3)에 고정된 피스톤(2)이 안내되는데, 피스톤 로드(3)의 자유 단부는 서로 상대 이동될 수 있는 양 부품 중의 다른 하나에 고정된다. 그러한 완충기에서는 피스톤/실린더 장치가 이중으로 작용하도록 설계되게끔 실린더(1)가 양쪽으로 폐쇄되어 유압 액체로 채워지는데, 이 때 피스톤은 2개의 실린더 공간(4, 5)을 서로 분리시킨다.

피스톤(2)의 피스톤 본체(6)는 서로 나란히 연장되는 다수의 관통 채널(7, 8)을 구비한다. 그러한 관통 채널(7, 8)은 그 각각의 출구 측에서 그 기능이 후술되는 스로틀 밸브(7.1 또는 8.1)로 덮여진다. 그 경우, 다수의 관통 채널(7) 및 다수의 관통 채널(8) 각각은 실린더 축선의 주위로 교대로 배치된다.

피스톤(2)의 둘레 면은 실린더 공간(4)을 실린더 공간(5)에 대해 밀봉하는 기능을 수행하는 칼라형 패킹(9)을 구비한다. 피스톤(2)이 실린더 공간(4) 내로 이동되면, 액체는 관통 채널(7)을 통해 스로틀 밸브(7.1)의 복원력에 대항하여 가압된다. 그 경우, 관통 채널(8)은 스로틀 밸브(8.1)에 걸리는 액체 공간(4)의 압력에 의해 폐쇄된 채로 유지된다. 반대 방향으로 이동되면, 관통 채널(7)은 스로틀 밸브(7.1)에 의해 폐쇄되는 반면에, 액체는 관통 채널(8)을 통해 실린더 공간(5)으로부터 실린더 공간(4)으로 다시 유동할 수 있다.

도 2에는 도 1에 나타낸 본 발명에 따른 피스톤(2)의 구성이 스로틀 밸브(7.1, 8.1)를 배치하지 않은 채로 도시되어 있다. 도 3에 따른 평면도는 피스톤 둘레 면의 구조를 보이기 위해 피스톤(2)을 패킹이 없는 채로 나타내고 있다. 도 2의 부분 단면도는 피스톤(2)을 패킹(9)과 함께 나타낸 것이다.

피스톤 본체(6)는 그 둘레 면 상에 길이 방향으로 연장된 다수의 지지 브리지(10)를 구비하는데, 이 지지 브리지(10) 각각은 그에 대응하는 홈형 리세스(11)를 한정한다. 여기에 도시된 실시예의 경우, 홈형 리세스(11)는, 제 1 둘레 방향 웹(12)이 배치된 단부 면으로부터, 예컨대 피스톤 본체(6)의 단부 면(4.1)으로부터 제 2 둘레 방향 웹(12.1)에까지 연장되도록 배치되는데, 제 2 둘레 방향 웹(12.1)는 피스톤 본체(6)의 타 단부에 있는 단부 면(5.1)에 인접하거나 접한 구역에서 피스톤 본체(6)의 타 단부와 접하도록 둘레 방향으로 배치되고, 홈형 리세스(11)는 이 피스톤 단부와 접경한다. 피스톤 본체(6)의 외면에 형성된 둘레 방향 웹(12) 및 길이 방향으로 연장된 지지 브리지(10)는 동일한 레벨이다. 보다 잘 알아보도록 하기 위해, 그 외면은 빗금이 쳐져 있다. 지지 브리지(10) 및 그에 대응하는 리세스(11)는 도시된 바와 같이 축선에 평행하게 연장되거나 피스톤(2)의 운동 축선에 대해 각을 이룬 상태로 정렬될 수 있다.

피스톤 본체(6)의 둘레에 배치된 칼라형 패킹(9)은 열 변형성 플라스틱, 바람직하게는 PTFE로 이뤄진다. 칼라형 패킹(9)은 도시된 본 실시예에서는 열간 성형에 의해 피스톤 본체(6) 상에 형성된다.

예비 제작된 링 디스크 또는 예비 제작된 관 부재로 이뤄질 수 있는 패킹 재료를 열간 성형할 경우, 지지 브리지(10) 및 둘레 방향 웹(12)은 그 높이의 일부에만 걸쳐 칼라형 패킹(9)의 재료와 몰딩되고, 그에 따라 패킹(9)의 재료와 홈형 리세스(11)의 바닥 사이에 여전히 소정의 빈 공간이 남게 되어, 패킹(9)의 성형 시에 패킹 재료는 강제됨이 없이 자유롭게 리세스(11) 내로 흘러들어 갈 수 있다. 그러한 성형 과정 동안 상기 패킹(9)의 원통형 외면(13)이 이와 동시에 조정되어 실린더(1)의 내경에 대한 원하는 허용 오차가 유지될 수 있게 된다. 특히, 그러한 피스톤/실린더 장치를 완충기로서 사용할 경우에는 작동 시에 전체 시스템의 가열이 일어나기 때문에, 리세스 바닥에 남겨진 상기 빈 공간이 일정한 한도 내에서 패킹 재료의 팽창을 리세스 내로 허용하여 에지에 접경된 패킹(9)의 원통형 둘레 면에서 패킹이 마모되는 것이 감소한다. 피스톤(2)은 그 높이 전체에 걸쳐 사실상 기울어짐이 없이 지지된다. 패킹(9)은 각각의 둘레 방향 웹(12)의 내면의 리세스 단부에 각각 지지된다.

도 3에는 지지 브리지(10) 및 리세스(11)의 구조를 확인할 수 있도록 패킹(9)이 제거된 채로 피스톤(2)이 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따른 수평 단면도로 도시되어 있다.

도 2, 도 3, 및 피스톤(2)을 부분 단면도로 나타낸 도 4에 따른 도면으로부터, 둘레 방향 웹(12) 뿐만 아니라 지지 브리지(10)도 그 높이의 일부에만 걸쳐 패킹 재료와 몰딩되도록 피스톤 본체(6) 상에 형성되어 각각의 홈형 리세스(11)에서 칼라형 패킹(9)의 내면과 홈형 리세스(11)의 바닥 사이에 약간의 빈 공간이 남는 것을 알 수 있다(도 2의 우측). 그러나, 길이 방향으로 연장된 지지 브리지(10)는 둘레 방향 웹(12)과 동일한 두께로 일관되게 칼라형 패킹(9)으로 덮인다. 피스톤 본체에 대해 자유롭게 놓인 패킹(9)의 에지(9.1 또는 9.2)는 패킹(9)에 압력이 추진될 때에 그 각각의 에지(9.1, 9.2)가 약간 벌어져서 피스톤과 실린더 벽 사이의 밀봉이 개선되도록 한다. 작동 요건에 따라서는 단 하나의 자유 에지만을 마련하는 것으로 충분할 수 있다.

단부 측에서 둘레 방향 웹(12, 12.1)에 의해 한정되는 그러한 형식의 리세스/브리지 배치를 양호하게 이룰 수 있기 위해, 도 7에 도시된 바와 같이 둘레 방향 웹 중의 하나(12 또는 12.1) 이상을 별개의 링(12.0)으로서 제조하고, 피스톤 본체(6)의 성형 후에 리세스(11)의 브리지형 경계로서 그 피스톤 본체(6) 상에 밀어 넣어 고정시키는 것이 바람직하다. 그러나, 길이 방향으로 연장된 지지 브리지(10)를 구비한 피스톤 본체를 제조하고, 둘레 방향 웹를 구비한 링을 단부 측에서 그 피스톤 본체 상에 밀어 넣는 것도 가능하다.

이 유형의 피스톤 본체(6)는 하나의 부품 요소로 형성될 수 있지만, 특히 분말 야금학적으로 제조된 2개의 부품 요소(6.1, 6.2)로 형성될 수도 있다. 그러한 부품 요소(6.1, 6.2)를 소결 야금학적 분말로 프레싱할 수 있다. 그 후, 프레싱되고 소결된 부품 요소를 접합 작업으로 알맞게 조립한다. 이어서, 조립된 프레싱 부품을 교정하여 양자의 부품 요소(6.1, 6.2)가 서로 고정적으로 결합되도록 한다. 그러한 방법은 링(12.0)을 구비하는 전술된 구성에도 적용될 수 있다. 그러한 기하 형상의 성형은 저렴한 공구에 의해 이뤄질 수 있다.

피스톤(2)과 패킹(9) 사이의 결합의 전단 부하 성능을 개선시키기 위해, 개별 부품 요소(6.1, 6.2)에 배치된 브리지(10)의 서로 대면된 단부(10.1, 10.2)는 도시된 바와 같이 모따기되거나 계단형으로 절단되어, 브리지(10)는 이 구역에서 각각 단절된다. 패킹(9)의 재료의 성형, 특히 열간 성형 시에 이 재료는 상기 단절 부분 내에서 이에 대응하게 몰딩되어, 피스톤(2)의 이동 방향(도 1이 이중 화살표 "A")에 대해 소위 클러치(clutch) 형태의 추가적인 형상 끼워 맞춤 영역이 생기게 된다. 이 영역에서는 상기 클러치 결합이 사실상 챔퍼된 단부부(10.1, 10.2)에 의해 한정되는 크로스 리세스(10.2)의 바닥(10.3)까지 일관되게 형성된다.

도 5 및 도 6에 도시된 본 발명의 실시 양태는 구조 및 기능에 있어 도 2, 도 3, 및 도 4에 따른 실시 양태와 일치한다. 본 실시 양태에서의 차이점은 2개의 부품 요소(6.1, 6.2)가 리세스(11)의 리세스 피치만큼 엇갈려 조립되고, 이에 따라 서로 엇갈려 배치된 리세스 구역에 합체된 패킹 재료의 전단 응력을 받는 횡단면이 확대된다는데 있다.

다만, 이러한 리세스의 엇갈림은 부품 요소의 성형 시에 채널(7, 8)의 진로와 관련하여 고려되어야 한다. 그러한 실시 양태에서도 역시 지지 브리지(10)의 서로 대면된 단부가 모따기되거나 둥글게 되는 것이 바람직하다.

Claims

각각의 피스톤 단부와 접경된 2개의 영역에서 피스톤 본체(6)의 둘레 면 상에 돌출된 둘레 방향 웹(12)이 구비된 피스톤 본체(6)를 구비하고, 상기 둘레 방향 웹(12)에는 피스톤의 다른 단부 쪽을 향하여 서로 간격을 둔 채로 평행하게 길이 방향으로 뻗은 지지 브리지(10)가 연결되며, 인접한 각 2개씩의 지지 브리지(10)는 홈형 리세스(11)를 한정하고,

열 변형성 패킹 재료로 형성된 칼라(collar)형 패킹(9)을 구비하고, 이 칼라형 패킹(9)은 상기 둘레 방향 웹(12) 뿐만 아니라 지지 브리지(10)도 적어도 그 높이의 일부가 상기 칼라형 패킹(9)의 재료와 몰딩되도록 피스톤 본체(6) 상에 형성되며, 피스톤 본체(6)는 축선을 가로지르는 분리 평면에서, 서로 조립되어 고정적으로 결합되는 2개의 부품 요소(6.1, 6.2)로 분할되되,

하나 이상의 부품 요소(6.1, 6.2)는 둘레 방향 웹(12, 12.1)과 여기에 연결된 지지 브리지(10)를 구비하고, 부품요소(6.2)에는 상기 홈형 리세스(11)를 한정하는 둘레 방향 웹(12)이 배치되고, 상기 부품 요소(6.1, 6.2)의 둘레 방향 웹(12, 12.1)의 반대쪽을 향한 지지 브리지의 단부(10.1, 10.2)는 분리 평면에서 단절되며,

상기 패킹(9)의 패킹 재료는 상기 단절부분 내에서 이에 대응하게 몰딩되어 추가적인 형상 끼워 맞춤 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 완충기 피스톤을 포함하는 피스톤/실린더 장치용 피스톤.
제 1 항에 있어서, 상기 지지 브리지(10)의 단부(10.1, 10.2)는 모따기되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제 1 항에 있어서, 상기 지지 브리지(10)의 단부(10.1, 10.2)는 계단형으로 절단되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼라형 패킹(9)은 피스톤 본체(6)에 대해 자유롭게 놓인 하나 이상의 자유 에지를 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤 본체(6)는 분말 야금학적으로 제조되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양 부품 요소(6.1, 6.2)는 둘레 방향 웹(12, 12.1) 및 그에 연결된 지지 브리지(10)를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 양 부품 요소(6.1, 6.2)는 지지 브리지(10)의 폭만큼 서로 엇갈려 조립되는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼라형 패킹(9)은 열 변형성 플라스틱으로서의 PTFE로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 피스톤.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칼라형 패킹(9)은 적어도 지지 브리지(10) 및 둘레방향 웹(12)을 덮는 구역에서 그 외면(13)의 교정 하에 압착되는 것을 특징으로 하는 피스톤.