KR101626188B1

KR101626188B1 - 상하 운동 전달 부품의 제조 방법

Info

Publication number: KR101626188B1
Application number: KR1020127000409A
Authority: KR
Inventors: 페터 카레스; 마르코 마이스보른
Original assignee: 섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
Priority date: 2009-07-08
Filing date: 2010-07-05
Publication date: 2016-05-31
Also published as: KR20120032516A; DE112010002853A5; CN102421994B; DE102009032143A1; CN102421994A; US20110005073A1; US8590149B2; WO2011003865A1

Abstract

본 발명은 특히 엔진(1)의 연료 펌프 구동 장치 또는 가스 교환 밸브 구동 장치를 위한 상하 운동 전달 부품(2)의 제조 방법에 관한 것이며, 이러한 상하 운동 전달 부품은 하우징(6)과, 하우징의 수용 보어(9) 내에 고정된 베어링 핀(7)과, 상기 베어링 핀 상에 미끄럼 베어링 또는 롤러 베어링에 의해 지지된 롤러(8)를 구비하며, 베어링 핀은 자신의 전체 축방향 연장부에 걸쳐 650HV 이상의 코어 경도로 전체 경화되고, 전체 경화된 베어링 핀의 핀 단부(10)는 하우징과 베어링 핀의 형태 결합식 연결을 위해 수용 보어에 대해 반경 방향으로 확대된다. 이 경우, 베어링 핀의 경도는 최대 780HV이어야 하며, 베어링 핀의 축에 대해 평행하게 이동하는 성형 다이(11)에 의해 핀 단부들 중 하나가 반경 방향으로 확대되며, 이러한 성형 다이는 베어링 핀의 단부면과 둘레 사이의 전환부에서 핀 단부에 힘을 가한다.

Description

상하 운동 전달 부품의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING A LIFT TRANSFER COMPONENT}

본 발명은 특히 엔진의 연료 펌프 구동 장치 또는 가스 교환 밸브 구동 장치를 위한 상하 운동 전달 부품의 제조 방법에 관한 것이며, 이러한 상하 운동 전달 부품은 하우징과, 하우징의 수용 보어 내에 고정된 베어링 핀과, 이러한 베어링 핀 상에 미끄럼 베어링 또는 롤러 베어링에 의해 지지된 롤러를 구비하며, 이때 베어링 핀은 자신의 전체 축방향 연장부에 걸쳐 650HV 이상의 코어 경도[비커스 경도(Vickers hardness)]로 전체 경화되고, 전체 경화된 베어링 핀의 핀 단부는 하우징과 베어링 핀의 형태 결합식 연결을 위해 수용 보어에 대해 반경 방향으로 확대된다.

US 5,099,807호에는 캠축이 아래에 놓인, 엔진의 가스 교환 밸브 구동 장치를 위한, 푸시 로드를 작동하는 롤러 태핏으로서 형성된 상하 운동 전달 부품이 공지되어 있다. 이러한 롤러 태핏은 베어링 핀 상에 롤러 베어링에 의해 지지되어 캠에 의해 작동되는 롤러를 포함하며, 베어링 핀은 반경 방향으로 확대된 핀 단부에 의해 태핏 하우징의 수용 보어 내에 형태 결합식 뿐만 아니라 강제 결합식으로도 고정된다. 핀 단부의 반경 방향 변형은 선회식(gyratory) 코킹에 의해 실행되며, 베어링 핀의 코킹된 재료는 각각 링 형태로 수용 보어 입구의 모따기부 내로 밀려 변위된다.

이와 같이 베어링 핀이 하우징 내에 고정되는 것에 대한 대안이 예를 들어 US 4,628,874호에 기재되어 있다. 이 공보에서는 롤러 태핏과 더불어, 롤러형 로커 암으로서 형성되는 상하 운동 전달 부품도 공지된다. 2가지 경우에서 롤러를 위한 베어링 핀은 베어링 핀의 단부측 재료가 코킹 공법에 의해 반경 방향 외부를 향해, 수용 보어 내부의 주연부에 걸친 작은 구멍 내로 밀려 변위됨으로써 관련 하우징의 수용 보어 내에 고정된다.

상기 유형의 작은 구멍은 US 5,385,124호에 제시된 바와 같이 롤러 태핏에서도 제공된다. 그러나, 이 경우 작은 구멍은 코킹된 베어링 핀 재료를 수용하기 위해 사용되는 것이 아니라, 수용 보어 내에 떠있는 상태로 지지되는 베어링 핀의 변형되지 않는 핀 단부를 위한 형태 결합식으로 작용하는 축방향 스토퍼로서 사용되는 스냅 링을 수용하기 위해 사용된다.

인용된 공보들에 제시된 상하 운동 전달 부품들의 공통점은 내마모성을 목적으로 베어링 핀이 롤러 베어링 경로의 영역에서 경화된다는 것이다. 그러나 베어링 핀의 코킹의 경우, 코킹 공정에 수반되는 재료 유동과 관련하여 핀 단부가 충분히 연성을 갖는 것이 불가피하다. 그러나 종방향 연장부에 걸쳐 불균일한 경도 특성 곡선을 갖는 상응하는 베어링 핀은 복잡하고 이에 따라 비용이 많이 드는 열처리 공법에 의해서만 제조 가능하다. 단부측에서 낮은 경도만을 갖는 베어링 핀의 추가 단점은 코킹된 핀 단부가 형태 결합식으로 작용할 뿐만 아니라 강제 결합식으로도 작용하며 수용 보어 내에 고정될 수 있어야 하는 요건을 갖는다는 것이다. 왜냐하면, 베어링 핀이 비강제 결합식으로 수용 보어 내에 고정되어, 주연부에 걸친 롤러의 마찰력을 통해 회전으로 전환되는 경우, 연성인 핀 단부의 둘레는 축방향 고정 기능이 제거되면서 하우징과의 접촉 마찰을 통해 깎일 수도 있기 때문이다. 반면, 베어링 핀이 형태 결합식 뿐만 아니라 실질적으로 강제 결합식으로도 수용 보어 내에 고정되는 것은 도입부에 언급한 실린더형 롤러 태핏의 경우와 마찬가지로 상하 운동 전달 부품의 하우징이 특별한 형태 요건을 충족시켜야하는 경우에 문제가 될 수 있다. 이러한 롤러 태핏은 대개 종방향 안내부 내에 단지 수 마이크로미터의 안내 유격으로 지지되므로, 롤러의 영역에서 대부분 얇게 형성된 하우징이 베어링 핀의 코킹 이후에 반경 방향으로 확대된 수용 보어에 의해 변형됨으로써 하우징이 허용되지 않을 만큼 심하게 원형에서 벗어나게 될 것이다.

인용된 US 5,385,124호에서 제시된 바와 같이, 이러한 일련의 단점들은 축방향으로 균일하게 전체 경화되고 단부측에서 변형되지 않는 베어링 핀을 통해 어느 정도 극복될 수 있으며, 이러한 베어링 핀은 수용 보어 내에 떠있는 상태로 지지되어 스냅 링에 의해 축방향으로 형태 결합식으로 고정된다. 간소화된 열처리와 관련하여 이러한 베어링 핀이 비용면에서 유리하게 제조 가능함에도 불구하고, 이러한 경우에도 스냅 링의 제공 및 스냅 링의 조립, 그리고 하우징 내에 스냅 링을 수용하는 작은 구멍의 제조를 위해 제조 비용을 증가시키는 추가의 복잡성이 남아 있다.

베어링 핀을 형태 결합식으로 하우징 내에 고정하기 위해 베어링 핀이 완전히 전체 경화된 상태로 단부측에서 확대되는, 도입부에 언급된 유형의 방법은 일반적 유형으로 고려되는 DE 10 2006 054 406 A1호에 공지되어 있다. 소위 반경 방향 스폿 리벳팅(radial spot riveting)으로 알려진 이러한 방법에서, 핀 단부의 반경 방향 확대는 리벳 스템프를 통해 실행되고, 이러한 리벳 스템프의 종축은 베어링 핀과 동심인 원뿔 내에서 워블링(wobbling)하는 연마 트랙을 통과한다. 강한 접촉력에 의해, 베어링 핀의 단부측 재료는 연속적으로 워블링 운동에 의해 변형된다. 그러나 이러한 방법의 실질적인 단점은, 연마 트랙의 통과를 위해 필요하고 이에 따라 상하 운동 전달 부품의 제조를 위한 짧은 사이클 시간에 방해가 되는 비교적 긴 가공 지속 시간에 있다.

따라서, 본 발명은 목적은 상술한 단점들이 간단한 수단에 의해 해소되도록, 도입부에 언급된 유형의 상하 운동 전달 부품의 제조 방법을 개선하는 것이다. 이에 따라, 전체 경화된 베어링 핀을 변형시키기 위해 필요한 가공 시간은 가능한 짧아야 한다.

상기 목적은 청구범위 제1항의 특징부에 의해 달성되는 반면, 본 발명의 바람직한 실시예 및 개선예는 종속항에 제시되어 있다. 이에 따라, 베어링 핀의 경도는 최대 780HV이어야 하며, 베어링 핀의 축에 대해 평행하게 이동하는 성형 다이에 의해 핀 단부들 중 하나가 반경 방향으로 확대되며, 이러한 성형 다이는 베어링 핀의 단부면과 둘레 사이의 전환부에서 핀 단부에 힘을 가한다.

놀랍게도, 달성될 형태 결합과 관련하여 충분한 핀 단부 반경 방향 변형이 마찬가지로 이러한 높은 경도 범위에서, 그리고 성형 다이가 선형으로 베어링 핀의 축에 대해 평행하게 이동하면서 기본적으로 연성 핀 단부의 코킹 시에도 발생하는 경우와 같이 핀 단부에의 모든 접촉점들을 동시에 변형시키는 경우라고 해도, 실질적으로 재료가 떨어져 나가거나 균열이 생기는 일 없이 가능하다는 사실이 본 출원인의 실험에 의해 밝혀졌다. 따라서 본 발명은 연성 핀 단부의 코킹 시의 바람직하게 짧은 가공 시간 및 사이클 시간과, 균일하게 전체 경화되는 베어링 핀의 바람직하게 낮은 제조 비용을 포괄한다.

본 발명의 개선예에서, 성형 다이에는 핀 단부를 수용하는 리세스가 제공되어야 하며, 이러한 리세스는 베어링 핀의 단부면과 둘레 사이의 전환부에 원형으로 또는 아치형으로 접촉한다. 이와 달리, 베어링 핀의 코킹 시에 연성 핀 단부는 단부면이 압인 가공됨으로써 변형된다(이 경우, 통상의 압인 구조는 핀 단부의 단부면 상의 원형 또는 아치형 그루브이다). 리세스는 바람직하게 직경이 베이스 방향으로 연속적으로 감소하도록 형성된다. 특히 리세스는 핀 단부를 향해 개방된 원뿔대 또는 구(spherical) 섹션의 형태를 가져야 한다.

또한, 베어링 핀의 확대되지 않은 직경은 수용 보어의 직경보다 작아야 한다. 이러한 경우, 이에 따라 반경 방향 유격이 있는 베어링 핀은 반경 방향으로 확대된 자신의 핀 단부에 의해 단지 형태 결합식으로 하우징의 수용 보어 내에 고정되기 때문에 수용 보어에 대한 반경 방향 힘 작용이 사라지게 되므로, 하우징의 높은 형태 안정성이 보장될 수 있을 뿐만 아니라, 낮은 제조 비용을 위해 수용 보어의 특별한 피팅 품질 또는 표면 품질도 생략될 수 있다. 또한 반경 방향 유격은 롤러 영역의 균일한 표면 부하에 의해 수용 보어에 대한 베어링 핀의 자동 회전을 가능하게 하므로, 이에 의해 필요한 경우 제공되는 롤링체를 포함한, 롤러와 베어링 핀 사이 접촉 영역의 표면 마모에 대한 안전성이 더욱 상승한다.

마찬가지로 하우징의 높은 형태 안정성을 위해, 반경 방향 유격이 있는 베어링 핀의 대안으로서 또는 이에 추가하여, 베어링 핀이 축방향 유격이 있는 채로 수용 보어 내에 고정되는 것도 바람직할 수 있다. 이러한 경우, 핀 단부들 사이의 축방향으로 작용하는 인장력에 의해 하우징의 변형이 방지될 수 있다. 하우징의 형태 안정성에 의해 단지 형태 결합식으로 작용하는 베어링 핀의 고정은 특히 하우징이 실질적으로 실린더형으로 형성되고, 예를 들어 가솔린 직분사 장치를 갖는 엔진을 위한 연료 고압 펌프의 얇은 펌프 태핏으로서 형성되는 경우에 바람직하다.

그러나 상술한 내용의 대안으로서, 베어링 핀을 축방향 유격 없이 그리고/또는 반경 방향 유격 없이 수용 보어 내에 고정하는 것도 가능하다. 반경 방향 유격이 없는 고정의 경우, 베어링 핀은 (수용 보어 내에 좁은 슬라이딩식 피팅부가 제공되는 극단적인 경우를 제외하고) 형태 결합식 뿐만 아니라, 억지 끼워 맞춤부(interference fit)에 의해 강제 결합식으로도 하우징과 연결될 것이다.

본 발명의 추가의 특징들은 본 발명의 실시예가 도시된 도면들과, 하기의 설명에 제시되어 있다. 별다른 설명이 없는 한, 동일하거나 동일한 기능을 하는 특징들 또는 부품들에는 동일한 도면 부호가 제공된다. 도면들은 부분적으로 매우 간소화되어 있다.
도 1은 변형되지 않은 베어링 핀과 이에 작용하는 성형 다이를 도시한 도면이다.
도 2는 변형된 핀 단부의 윤곽을 도 1의 세부도(X)에 따라 도시한 도면이다.
도 3은 공지된 로커 암-밸브 구동 장치를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 상하 운동 전달 부품의 제조 방법은 공지된 엔진(1)의 로커 암-밸브 구동 장치의 단면이 부분도로 도시되어 있는 도 3에 기초하여 설명된다. 상하 운동 전달 부품(2)은 이러한 바람직한 적용예에서 양산형 로커 암으로서 형성되고, 이러한 로커 암의 한쪽 단부는 지지 부재(3) 상에 선회 운동 가능하게 지지되고, 다른 한쪽 단부는 캠(4)의 상하 운동을 가스 교환 밸브(5)에 전달한다. 로커 암(2)은 평행하게 이격되고 서로 정렬된 수용 보어들을 포함하는 2개의 측벽(6)을 가지면서 종방향 중심 평면에 대해 대칭인 암 몸체의 형태를 갖는 하우징과, 수용 보어 내에 고정된 베어링 핀(7)과, 이러한 베어링 핀 상에 니들 베어링에 의해 지지된 롤러(8)를 포함하며, 이러한 롤러는 낮은 마찰로 캠(4)의 상하 운동을 이어받는다. 베어링 핀(7)은 자신의 전체 축방향 연장부에 걸쳐 전체 경화되고, 650HV 내지 780HV 범위의 코어 경도(비커스 경도)를 갖는다.

수용 보어(9) 내에 베어링 핀(7)을 고정하기 위한 성형 방법은 도 1 및 도 2에 도시되어 있으며, 이러한 도면들에서 각각의 수용 보어(9)에 대해 돌출된 핀 단부(10)는 성형 다이(11)를 통한 반경 방향 확대 이전 또는 이후로 도시되어 있다. 표시된 화살표 방향에 따라 베어링 핀(7)의 축에 대해 평행하게 이동하는 성형 다이(11)에는 베어링 핀(7)을 향해 개방된 원뿔대 형태를 갖고 핀 단부(10)를 수용하는 리세스(12)가 제공되며, 이러한 리세스는 매우 높은 부하 하에 베어링 핀(7)의 단부면과 둘레 사이의 전환부에 원형으로 접촉한다. 핀 단부(10)의 반경 방향 확대에 의해 2개 측벽(6)과 베어링 핀(7)의 형태 결합식 연결을 유도하는, 도 2에 도시된 핀 단부(10) 변형은 성형 다이(11)를 통해 베어링 핀(7)에 1회 힘을 가한 이후에 이미 달성된다.

순수하게 형태 결합식으로 작용하는 연결부가 문제인데, 이는 한편으로 베어링 핀(7)이 축방향 유격이 있는 채로 수용 보어(9) 내에 고정되기 때문이며, 다른 한편으로 베어링 핀(7)의 확대되지 않은 직경이 수용 보어(9)의 직경보다 작으므로, 이에 상응하는 반경 방향 유격에 의해 수용 보어(9) 내에 강제 결합식 연결부가 존재하지 않기 때문이다.

1 : 엔진
2 : 상하 운동 전달 부품/로커 암
3 : 지지 부재
4 : 캠
5 : 가스 교환 밸브
6 : 하우징/측벽
7 : 베어링 핀
8 : 롤러
9 : 수용 보어
10 : 핀 단부
11 : 성형 다이
12 : 성형 다이의 리세스

Claims

엔진(1)의 연료 펌프 구동 장치 또는 가스 교환 밸브 구동 장치를 위한 상하 운동 전달 부품(2)의 제조 방법이며,
상기 상하 운동 전달 부품은 하우징(6)과, 하우징(6)의 수용 보어(9) 내에 고정된 베어링 핀(7)과, 베어링 핀(7) 상에 미끄럼 베어링 또는 롤러 베어링에 의해 지지된 롤러(8)를 구비하며, 이때 베어링 핀(7)은 자신의 전체 축방향 연장부에 걸쳐 650HV 이상의 코어 경도로 전체 경화되고, 전체 경화된 베어링 핀(7)의 핀 단부(10)는 하우징(6)과 베어링 핀(7)의 형태 결합식 연결을 위해 수용 보어(9)에 대해 반경 방향으로 확대되는, 상하 운동 전달 부품의 제조 방법에 있어서,
베어링 핀(7)의 경도는 최대 780HV이며, 베어링 핀(7)의 축에 대해 평행하게 이동하는 성형 다이(11)에 의해 핀 단부들(10) 중 하나가 반경 방향으로 확대되며, 상기 성형 다이는 베어링 핀(7)의 단부면과 둘레 사이의 전환부에서 핀 단부(10)에 힘을 가하는 것을 특징으로 하는, 상하 운동 전달 부품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 성형 다이(11)에는 핀 단부(10)를 수용하는 리세스(12)가 제공되며, 상기 리세스는 베어링 핀(7)의 단부면과 둘레 사이의 전환부에 원형으로 또는 아치형으로 접촉하는 것을 특징으로 하는, 상하 운동 전달 부품의 제조 방법.
제2항에 있어서, 리세스(12)의 직경은 리세스(12)의 베이스 방향으로 연속적으로 감소하는 것을 특징으로 하는, 상하 운동 전달 부품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 베어링 핀(7)의 확대되지 않은 직경은 수용 보어(9)의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는, 상하 운동 전달 부품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 베어링 핀(7)은 축방향 유격이 있는 채로 수용 보어(9) 내에 고정되는 것을 특징으로 하는, 상하 운동 전달 부품의 제조 방법.