KR101606508B1 - 피스톤 실린더 유닛 - Google Patents

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KR101606508B1
KR101606508B1 KR1020140017245A KR20140017245A KR101606508B1 KR 101606508 B1 KR101606508 B1 KR 101606508B1 KR 1020140017245 A KR1020140017245 A KR 1020140017245A KR 20140017245 A KR20140017245 A KR 20140017245A KR 101606508 B1 KR101606508 B1 KR 101606508B1
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슈테판 아케르만
아르놀드 쉴츠
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스타비루스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 자신의 외부면에 표면 보호물(surface protection)을 포함하는 실린더형 압력관(1) 및 상기 압력관(1) 내에서 축 방향으로 이동 가능하고, 피스톤 로드(piston rod)(8)를 갖는 피스톤(7)을 구비하는 피스톤 실린더 유닛과 관련이 있으며, 상기 압력관(1)의 단부면(5)에 있는 상기 피스톤 로드(8)는 피스톤 로드 가이드(piston rod guide) 및 피스톤 로드 시일(piston rod seal)에 의해서 밀봉된 상태로 단부면 개구(13)를 통해 상기 압력관(1)으로부터 밖으로 유도되고, 피스톤 로드측의 단부면(5)에서 출발하는 상기 압력관(1)의 단부 영역(6)은 상기 표면 보호물로부터 벗어나 있으며, 그리고 표면 보호물로부터 벗어난 상기 단부 영역(6)은 부식 방지제(16) 및 상기 단부 영역(6)을 감싸는 포트형(pot shaped) 보호캡(protection cap)(15)에 의해 덮여 있고, 상기 보호캡은 자신의 피스톤 로드측 단부에 동축 방향으로 관통 오리피스(19)를 갖는 베이스(18)를 포함하며, 상기 관통 오리피스를 통해서는 상기 피스톤 로드(8)가 이동 가능하도록 관통하여 돌출하고, 상기 관통 오리피스(19)의 내측 벽은 상기 피스톤 로드(8)를 밀봉 방식으로 감싸는 것을 특징으로 한다.

Description

피스톤 실린더 유닛 {PISTON-CYLINDER-UNIT}
본 발명은 외측 면에 표면 보호물(surface protection)을 갖는 실린더형 압력관 및 상기 압력관 내에서 축방향으로 변위가능하고 피스톤 로드(piston rod)를 갖는 피스톤을 구비하는 피스톤 실린더 유닛에 관한 것이다. 상기 압력관의 단부면에서 상기 피스톤 로드는 피스톤 로드 가이드(piston rod guide)를 통해 그리고 밀봉식으로 피스톤 로드 시일(piston rod seal)을 통해 단부면 개구를 통하여 상기 압력관 외측으로 안내된다. 피스톤 로드측 단부면으로부터 연장하는 상기 압력관의 단부 영역은 상기 표면 보호물로부터 제외되고, 상기 표면 보호물로부터 제외된 단부 영역은 부식 방지제로 코팅되며 컵-형태의 보호캡에 의해 덮이는데, 상기 컵-형태의 보호캡은 피스톤 로드측 단부에 베이스를 갖는다. 상기 베이스는, 상기 피스톤 로드가 변위가능한 방식으로 관통하여 연장하는 동축의 관통 오리피스를 갖는다.
위에서 설명된 타입의 피스톤 실린더 유닛에서는, 오염 입자가 압력관으로부터 돌출되는 피스톤 로드의 일부분 상에 고착되고 피스톤 로드와 피스톤 로드 가이드 사이의 간격 내에 점차 채워질 수 있으므로, 이로써 피스톤 로드와 피스톤 로드 시일에 손상이 초래될 수 있다. 또한, 오염 입자가 피스톤 로드 시일에 부착되어 상기 피스톤 로드 시일을 직접 손상시킬 수도 있다. 두 가지 경우 모두 피스톤 실린더 유닛의 고장을 야기할 수 있다.
미국 특허 US 7,445,096 B2는 압력관의 단부를 덮는 보호캡에 대해 도시한다. 보호캡에 의해 상기 미국 특허의 피스톤 실린더 유닛의 압력관의 단부는 부식으로부터 보호될 수 있다. 하지만, 상기 미국 특허의 보호캡은 압력관의 단부를 완전히 밀봉시키지 아니하므로, 피스톤 실린더 유닛을 오염 입자로부터 완전하게 보호하기에는 다소 부족하다. 이에, 피스톤 실린더 유닛을 오염 입자로부터 보다 효율적이고 신뢰성 있게 보호할 수 있는 개선된 방안이 요구된다.
따라서 본 발명의 과제는, 오염 입자에 의해 초래된 피스톤 실린더 유닛의 고장이 적어도 실질적으로 방지되는, 위에서 설명된 타입의 피스톤 실린더 유닛을 제조하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 과제는 관통 오리피스의 내측 벽이 피스톤 로드를 밀봉식으로 둘러싸는 발명에 따라 해결된다.
이러한 구성에 의해, 피스톤 로드 상에 부착된 습기, 먼지 및 오염 입자가 제거(strip)되며, 이로써 상기 습기, 먼지 및 오염 입자는 더 이상 피스톤 로드 가이드나 피스톤 로드 시일에 도달하여 이들을 손상시키지 못하며, 이로써 이러한 습기, 먼지 및 오염 입자에 의해 야기되는 피스톤 실린더 유닛의 고장이 방지된다.
다른 양태에서, 표면 보호물은 분말 코팅 혹은 예컨대 분무 코팅(spray coating) 또는 침지 코팅(dip coating)일 수 있다. 또한, 상기 표면 보호물은 수축 튜브를 포함할 수 있다.
일 양태에 따라, 보호캡은 적어도 관통 오리피스의 영역에서 열가소성 탄성중합체로 이루어짐으로써, 피스톤 로드의 표면에 잘 밀착되어 상기 제거 기능을 수행하도록 할 수 있다. 그러나 상기 보호캡이 적어도 관통 오리피스의 영역에서 열가소성 플라스틱을 포함하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 양태에서, 보호캡은 적어도 관통 오리피스의 영역에서 대략 -40℃ 내지 대략 +130℃의 온도 범위인 가요성 재료를 포함한다.
이러한 타입의 재료는 이로써, 탄성 중합체, 예를 들어 자동차에 사용하기에 적합한 니트릴 부타디엔 고무(nitrile-butadiene rubber, NBR)일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 방사상으로 주변을 둘러싸는 탄성 시일이 관통 오리피스의 내측 벽에 배치됨으로써 우수한 제거 기능이 달성된다.
다른 양태에서, 제조 및 장착의 편의성을 위해 상기 보호캡과 시일은 일체형으로 형성될 수 있다.
다른 양태에서, 상기 탄성적인 시일은 하나 또는 둘 이상의 방사상으로 주변을 둘러싸는 시일링 립(sealing lip)을 포함하며, 상기 시일링 립은 바람직하게는 예압(pre-loading)을 수반하는 피스톤 로드를 둘러싸는 시일링 에지를 갖는다. 그에 따라 상기 시일링 에지는, 제거 능력을 더 개선하고 심지어 피스톤 로드에 더 단단하게 부착된 입자를 제거할 수 있는, 스크래퍼(scraper)로서 작용한다.
본 발명의 일 양태에 따라, 이러한 개선된 밀봉 능력 및 제거 능력은 특히, 상기 시일링 에지가 V-형태의 횡단면을 갖는 경우에 달성되며, 이때 피스톤 로드의 종축에 대하여, 시일링 에지의 압력관으로부터 멀리 떨어진 측면은 피스톤 로드의 자유 단부를 향해 급경사를 이루며, 시일링 에지의 압력관을 향하는 측면은 피스톤 로드의 자유 단부로부터 멀어지며 완경사를 이룬다. 그러나 상기 시일링 에지의 측면들이 상기 피스톤 로드의 종축에 대하여 거의 동일한 각도로 경사지는 것도 가능하다.
다른 양태에서, 피스톤 로드를 밀봉식으로 둘러싸기 위하여, 상기 주변을 둘러싸는 탄성적인 시일은 보호캡의 슬리브 형태(sleeve shaped)의 돌출부에 배치될 수 있으며, 상기 돌출부는 보호캡의 베이스로부터 동축으로 연장하며 압력관으로부터 멀어지도록 돌출한다.
본 발명의 일 실시예는 도면에 나타나 있으며 후속하여 더 상세하게 설명된다.
도 1은 피스톤 실린더 유닛의 종단면도이고,
도 2는 도 1에 따른 피스톤 실린더 유닛의 보호캡의 확대 종단면도이며,
도 3은 도 2에 도시된 "X"의 부분 확대 단면도이다.
도 1에 도시된 피스톤 실린더 유닛은, 양 단부가 폐쇄된 실린더형 압력관(1)을 구비한다.
상기 압력관(1)은 하나의 폐쇄된 단부면(2)에 스터드 볼트(stud bolt, 3)를 갖는다. 상기 스터드 볼트(3)에는 피스톤 실린더 유닛을 위한 제 1 연결부가 나사 체결되어 있다.
피스톤 실린더 유닛을 제조하기 위해서 상기 압력관(1)은 우선 세척된다. 그런 다음 상기 압력관(1)의 외측을 향하는 전체 표면(4) 상에, 부식 방지층으로서 형성되는 베이스 코팅이 도포되며, 상기 베이스 코팅은 건조 공정에 의해 경화된다.
그런 다음 상기 압력관(1)의 다른 단부면(5)으로부터 연장하는 단부 영역(6)이, 예를 들면 덮개부에 의해, 덮인다. 이후 분말 코팅 공정에서, 분말 코팅을 갖는 표면 보호물이 상기 압력관(1) 상에 도포되어, 고온에서 소성된다(fired). 이때 앞서 언급된 단부 영역(6)은 덮개부로 인해 상기 분말 코팅 공정으로부터 제외되며, 그 결과 분말 코팅되지 않는다. 그에 따라, 이제 상기 압력관(1)의 외측 표면은, 제 2 단부면(5)으로부터 연장하는 단부 영역(6)에서는 베이스 코팅에 의해 형성되고, 압력관(1)의 나머지 영역들에서는 분말 코팅에 의해 형성된다.
후속하여, 피스톤(7), 피스톤 로드(8), 피스톤 로드 가이드(9) 및 피스톤 로드 시일(11)을 포함하는 장착부들은, 상기 제 2 단부면(5)에서 개방된 상태를 유지하는 압력관(1) 내로 삽입된다. 또한, 압력이 가해진 유체, 바람직하게는 기체가 예압(pre-pressure) 하에 압력관(1) 내로 도입된다. 이제 장착부들 및/또는 압력관(1)이 손상될 위험 없이, 상기 장착부들을 삽입하는 단계 및 압력이 가해진 유체를 주입하는 단계가 이루어질 수 있는데, 그 이유는, 예컨대 위에서 언급된 분말 코팅 공정에서는 여전히 수행되었던 압력관(1)에 대한 열 공급이 더 이상 이루어지지 않기 때문이다. 따라서, 상기 장착부들의 후속적인 손상의 위험이나 압력관(1)의 파손을 야기할 수 있는 압력이 가해진 유체의 원치 않는 팽창의 위험이 존재하지 않는다.
이제 분말 코팅 공정으로부터 제외되었던 상기 단부 영역(6) 내로, 방사상 내측, 즉 압력관의 중심축을 향하고 주변을 둘러싸는 비드(bead)(10)가 제공된다. 상기 비드(10)는 압력관(1) 내에 배치된 피스톤 로드 가이드(9) 및/또는 피스톤 로드 시일(11)을 축방향으로 지지한다.
또한, 상기 압력관(1)은 제 2 단부면(5)에서 방사상 내측으로 구부려진다(flanged). 한 편으로는, 이러한 방식으로 형성된 단부 벽(12)은 압력관(1)의 단부를 폐쇄(close)하며, 추가로 피스톤 로드 가이드(9) 및/또는 피스톤 로드 시일(11)을 지지한다. 다른 한 편으로는, 압력관의 중심축을 향하는 플랜지의 에지가 상기 압력관(1)의 단부면 개구(13)를 형성하며, 상기 단부면 개구를 통해 피스톤 로드(8)가 상기 압력관(1)의 내측으로부터 외측으로 안내된다.
분말 코팅 공정으로부터 제외되었던 단부 영역(6)은 분말 코팅을 갖지 않기 때문에, 비드(10)가 도입될 때나 (압력관이) 구부려질 때, 압력관 물질의 휘어짐(yield)으로 인해 상기 분말 코팅이 제거될, 특히 벗겨질 위험이 없다.
상기 압력관(1)의 단부 영역은 후속하여 부식 방지제(16)로 코팅되며, 보호캡이 단부 영역(6)을 완전히 둘러쌀 때까지, 보호캡(15)이 피스톤 로드측으로부터 상기 압력관(1)의 단부 영역(6)으로 가압된다.
탄성중합체, 예를 들면 니트릴 부타디엔 고무(NBR)로 이루어진 상기 보호캡(15)은, 상기 압력관(1)의 제 1 단부면(2)으로부터 멀리 떨어진 단부에 베이스(18)를 갖는 컵 형태로 형성되며, 상기 베이스(18) 내에 동축인 관통 오리피스(19)를 포함하며, 피스톤 로드(8)는 상기 관통 오리피스를 관통하여 변위가능한 방식으로 안내된다. 본 발명의 일 양태에서, 보호캡(15)은 적어도 관통 오리피스(19)의 영역에서 대략 -40℃ 내지 대략 +130℃의 온도 범위인 가요성 재료를 포함할 수 있다.
상기 관통 오리피스(9)는 또한, 압력관(1)으로부터 동축으로 멀어지도록 보호캡(15)의 베이스(18)로부터 연장하는, 보호캡(15)의 슬리브 형태의 돌출부(14)(도 2 및 도 3에 도시)를 통해 연장한다. 압력관(1)으로부터 멀리 떨어진 돌출부(14)의 단부에 방사상으로 주변을 둘러싸는 시일(20)이 형성되며, 상기 시일은 방사상 주변을 둘러싸는 시일링 립(17)을 가지며, 상기 시일링 립은 V-형태의 시일링 에지(22)와 함께 방사상의 예압 하에 피스톤 로드(8)를 둘러싼다. 본 발명의 일 양태에서, 보호캡(15)과 방사상으로 주변을 둘러싸는 탄성 시일(20)은 일체형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 양태에서, 방사상으로 주변을 둘러싸는 탄성 시일(20)은, 방사상으로 주변을 둘러싸는 하나 또는 둘 이상의 시일링 립(sealing lip)(17)을 포함할 수 있다.
도 3을 통해 알 수 있듯이, 압력관(1)으로부터 멀리 떨어진 시일링 에지(22)의 제1 측면(23)은 피스톤 로드(8)의 자유 단부를 향해 피스톤 로드(8)의 종축(25)에 대하여 60°의 급격한 각도로 경사진 반면, 압력관(1)을 향하는 시일링 에지(22)의 제2 측면(24)은 압력관(1)을 향해 피스톤 로드(8)의 종축(25)에 대하여 20°의 완만한 각도로 경사진다. 이러한 구성에 의해, 심지어 피스톤 로드(8)의 표면 상에 견고하게 부착된 입자도 제거되며, 이로써 이러한 입자가 피스톤 로드 가이드(9) 및 피스톤 로드 시일(11)에 도달하여 이들을 손상시킬 수 없다.
도 1을 통해 알 수 있듯이, 상기 피스톤 로드(8)의 외측 자유 단부는 제 2 스터드 볼트(21)를 구비한다. 상기 제 2 스터드 볼트(21)에는 피스톤 실린더 유닛을 위한 제 2 연결부가 나사 체결된다.
1 압력관
2 제 1 단부면
3 스터드 볼트
4 표면
5 제 2 단부면
6 단부 영역
7 피스톤
8 피스톤 로드
9 피스톤 로드 가이드
10 비드
11 피스톤 로드 시일
12 단부벽
13 단부면 개구
14 돌출부
15 보호캡
16 부식 방지제
17 시일링 립
18 베이스
19 관통 오리피스
20 시일
21 제 2 스터드 볼트
22 시일링 에지
23 제1 측면
24 제2 측면
25 종축

Claims (9)

  1. 피스톤 실린더 유닛으로서,
    단부면 개구(13)를 형성하는 제1 단부면(5)을 갖는 실린더형 압력관(1)으로서, 외측 표면의 일부 또는 전부 상에 표면 보호물(surface protection)을 갖는, 실린더형 압력관(1);
    상기 실린더형 압력관(1) 내에 축방향으로 변위가능하게 배치되는 피스톤(7)으로서, 상기 단부면 개구(13)를 통해 상기 제1 단부면(5)에서 상기 압력관(1) 외측으로 안내되는 피스톤 로드(8)를 갖는, 피스톤(7);
    상기 압력관(1) 내측에 배치되는 피스톤 로드 가이드(piston rod guide)와 피스톤 로드 시일(piston rod seal)로서, 상기 단부면 개구(13)에서 상기 피스톤 로드를 밀봉식으로 안내하도록 함께 협력하는, 피스톤 로드 가이드와 피스톤 로드 시일; 및
    상기 제1 단부면(5)으로부터 상기 실린더형 압력관(1)의 단부 영역(6)을 둘러싸는 컵-형태(cup-like)의 보호캡(15)으로서, 상기 보호캡(15)은 단부에 베이스(18)를 가지며, 상기 베이스(18)는 상기 피스톤 로드(8)가 변위가능한 방식으로 관통하여 연장하는 내측 벽을 갖는 동축 관통 오리피스(19)를 가지는, 보호캡(15);
    을 포함하고,
    상기 관통 오리피스(19)의 내측 벽은 상기 피스톤 로드(8)를 밀봉식으로(tightly) 둘러싸고,
    상기 단부 영역(6)에서의 상기 실린더형 압력관(1)의 외측 표면은 상기 표면 보호물로부터 제외되고 부식 방지제(16)로 코팅되며,
    상기 보호캡(15)은, 상기 관통 오리피스(19)의 내측 벽에 배치된 방사상으로 주변을 둘러싸는 탄성 시일(20)을 포함하며,
    상기 보호캡(15)의 베이스(18)로부터 동축으로 연장하면서 상기 압력관(1)으로부터 멀어지도록 돌출하는 슬리브 형태(sleeve shaped)의 돌출부(14)를 가지며,
    상기 보호캡(15)의 슬리브 형태의 돌출부(14)에 상기 방사상으로 주변을 둘러싸는 탄성 시일(20)이 배치되고,
    상기 방사상으로 주변을 둘러싸는 탄성 시일(20)은 시일링 에지(22)를 포함하며,
    상기 압력관(1)으로부터 멀리 떨어진(distal from) 상기 시일링 에지(22)의 제 1 측면은 상기 피스톤 로드(8)의 자유 단부를 향해 상기 피스톤 로드(8)의 종축(25)에 대하여 급경사를 이루고,
    상기 압력관(1)을 향하는 상기 시일링 에지(22)의 제 2 측면은 상기 피스톤 로드(8)의 자유 단부로부터 멀어지도록 상기 피스톤 로드(8)의 종축(25)에 대하여 완경사를 이루는,
    피스톤 실린더 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호캡(15)은 적어도 상기 관통 오리피스(19)의 영역에 탄성 중합체를 포함하는,
    피스톤 실린더 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보호캡(15)은 적어도 상기 관통 오리피스(19)의 영역에 -40℃ 내지 +130℃의 온도 범위인 가요성 재료를 포함하는,
    피스톤 실린더 유닛.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호캡(15) 및 상기 방사상으로 주변을 둘러싸는 탄성 시일(20)은 일체형으로 형성되는,
    피스톤 실린더 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사상으로 주변을 둘러싸는 탄성 시일(20)은, 방사상으로 주변을 둘러싸는 하나 또는 둘 이상의 시일링 립(sealing lip)(17)을 포함하는,
    피스톤 실린더 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각각의 시일링 립(17)은, 예압(pre-loading)을 수반하는 상기 피스톤 로드(8)를 둘러싸는 시일링 에지(22)를 갖는 것을 특징으로 하는,
    피스톤 실린더 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 시일링 에지(22)는 V-형태의 횡단면을 갖는,
    피스톤 실린더 유닛.
  9. 삭제
KR1020140017245A 2013-02-15 2014-02-14 피스톤 실린더 유닛 KR101606508B1 (ko)

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DE202013100700.5 2013-02-15

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