KR101780523B1 - 요소, 바람직하게는 밀폐 요소 - Google Patents

요소, 바람직하게는 밀폐 요소 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내부 압력을 받는 홀들을 밀폐하기 위한 밀폐 요소에 관한 것으로서, 상기 밀폐 요소는 실질적으로 유격 없이 홀 내에 삽입될 수 있는 중공의 원통형 본체(3), 및 상기 본체 내에 밀려 들어갈 수 있는 모자 형태의 스프레딩 요소(8)를 포함하는데, 상기 스프레딩 요소는 장착된 상태에서 본체의 내측벽에 반경방향 압력을 제공하고, 상기 본체(3)는 밀폐되어야 하는 홀의 벽에 대해 눌러지고 거리가 떨어져 있다. 본체(3)는 주변방향의 방사형 링 표면(6)과 상기 링 표면에 연결된 거의 원뿔 형태의 원뿔 표면(7)을 가진 밀폐 바닥(5)을 포함하며, 공정 동안, 밀폐 바닥은 반경 방향으로 팽창될 수 있도록 변형되고 단부면의 내측 및 외측 에지 위에서 굽어지며 내부 압력에 의해 스프레딩 요소(8)의 단부면(12)에 대해 눌러진다. 이에 따라, 마개가 구성요소의 재료에 견고하게 고정되며, 이와 동시에, 마개를 제거하기 위해 필요한 가압힘이 자체적으로 강화된다.

Description

요소, 바람직하게는 밀폐 요소{ELEMENT, PREFERABLY A CLOSING ELEMENT}
본 발명은 엔진 및 밸브 블록, 화학 용기 및 이와 유사한 내부 압력을 받는 구성요소의 홀(hole)들을 밀폐하기 위한 요소, 바람직하게는 밀폐 요소(closing element)에 관한 것으로서, 상기 요소는 실질적으로 유격(play) 없이 홀 내에 삽입될 수 있는 중공의 원통형 본체, 및 상기 본체 내에 밀려 들어갈 수 있는 스프레딩 요소(spreading element)를 포함하는데, 상기 스프레딩 요소는 장착된 상태에서 상기 본체의 내측벽에 반경방향 압력(radial pressure)을 제공한다.
특히, 이러한 타입의 밀폐 요소들은 내부 압력 및 상이한 직경을 가진 홀(hole) 내에서 소위 익스팬더(expander)로서 사용된다. 실질적인 내부 압력의 강도와 홀의 크기에 따라, 상이한 구체예들이 형성된다. 앞에서 기술한 타입의 한 밀폐 요소가 WO2009/000317A1호에 기술되어 있다. 여기서 기술된 마개(closure)는 단순한 가공공정과 이와 똑같이 단순한 생산공정에 의해 특징지어지지만, 이와 동시에, 내부 압력을 완화시키기 위해(moderate) 오직 소량만 사용될 수 있다는 결점을 가진다. 내부 압력이 높으면, 밀폐되어야 하는 홀의 벽에 마개가 항상 견고하게 고정되는 것을 보장해주지 않는다.
본 발명의 목적은 이러한 단점을 해결하고 실질적으로 높은 내부 압력을 견딜 수 있으며 생산 공정과 가공 공정이 단순한 것으로 특징지어지는, 앞에서 기술한 타입의 요소를 형성하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 밀폐 바닥(closing bottom)이 제공된 본체(main body)로 구현되는데, 장착된 상태에서, 본체의 측벽은 스프레딩 요소를 가압함으로써 발생하는 축방향 힘에 의해 홀의 벽에 대해 반경방향으로 압축된다.
이에 따라 야기된 밀폐 바닥의 변형(deformation)과 굽힘모멘트(bending moment)는 본체가 넓어지게 하거나 혹은 추가적인 가로방향 압축힘(lateral pressing force)을 생성시켜, 이에 따라, 익스팬더(expander)가 본체의 부분 위에서 홀을 가진 구성요소의 벽에 보다 견고하게 고정되게 한다. 따라서, 밀폐 요소는 홀로부터 분리된 상태가 되지 않고도 실질적으로 높은 내부 압력을 견딜 수 있다.
게다가, 본 발명에 따르면, 밀폐 바닥은 스프레딩 요소의 내측 또는 외측 에지에서 축방향 힘에 의해 굽어질 수 있다. 이에 따라, 상기 구성요소의 벽에서 본체가 특히 견고하게 고정되게 하도록 본체가 공간적으로 떨어져 위치되게 한다.
본체가 변형된 후에 추구된 구성(framework) 내에서, 벽 두께가 스프레딩 요소보다 더 작은 것이 바람직하다. 하지만, 스프레딩 요소와 본체의 재료들은, 이에 상응하여, 상기와 같은 본체의 변형이 발생하도록 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 마개의 대량 생산에 관해서는, 본체와 스프레딩 요소가 시트(sheet) 금속 부분들로 제조되는 것이 바람직하다.
게다가, 본 발명에 따르면, 본체에는 외부로 돌출되는 지지 플랜지(supporting flange)가 제공되며 상기 지지 플랜지에 의해 본체의 장착 깊이는 구성요소의 접촉 표면과 협력하도록(in cooperation) 구현될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 스프레딩 요소가 본체 내로 용이하게 삽입될 수 있도록 하기 위하여, 본체에는 원통형의 내측 레지(ledge)가 유입부 측(input side)에 제공된다.
본체가 구성요소의 벽에 견고하게 고정되게 하기 위하여, 본체의 외측 표면에는 주변방향 홈(circumferential groove)들이 제공되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 스프레딩 요소의 외측 표면은, 직경이 내부로부터 외부로 갈수록 감소하는 거의 원뿔 형태로 구성된다.
밑에서, 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 대표적인 구체예에 의해 보다 상세하게 기술된다. 이 도면들은:
도 1은 본 발명에 따른 마개(closure)를 도시한 횡단면도이고;
도 2는 도 1에서 II/III를 따라 본체를 상세하게 도시한 도면이며;
도 3은 도 1에서 II/III를 따라 스프레딩 요소를 상세하게 도시한 도면이고;
도 4는 장착 상태로 도시된 도 1에 따른 마개의 섹션을 도시한 도면이며;
도 5는 내부 압력을 받을 때 예시된 도 1의 마개를 도시한 도면이고;
도 6은 도 5의 VI를 따라 상세하게 도시한 도면이며;
도 7은, 밀폐 바닥이 내부 압력에 의해 변형된, 도 1에 따른 마개를 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 7에 따른 마개(closure)는, 가령, 예를 들어, 주조 부품(cast part)으로서 제작된 엔진 블록(engine block)과 같은 구성요소(2)의 홀(1)을 밀폐하도록 사용된다. 이러한 홀은 일반적으로 15 내지 60mm 사이의 직경을 가지며 5 내지 100 bar 사이의 표준 작동 압력을 받는다. 따라서, 마개는 또한 상이한 직경과 작동 압력을 갖는 홀에서 사용될 수도 있다.
밀폐 요소(closing element)는 실질적으로 유격(play) 없이 홀(1) 내에 삽입될 수 있는 중공의(hollow) 원통형 본체(3)를 가지는데, 상기 본체(3)는 밀폐 바닥(5)이 내측 방향으로 굽어지고 외부로 돌출된 지지 플랜지(4)가 제공된다. 밀폐 바닥(5)은 거의 원뿔형태로 구성된 원뿔 표면(7)이 연결되는 주변방향의(circumferential) 방사형 링 표면(6)을 갖는다. 본체(3) 내에 있는 지지 플랜지(4) 대신에, 홀(1) 내에는, 가령, 예컨대, 점증하는(graduated) 외측 직경 또는 하측의 접촉 표면(contact surface)이 제공될 수도 있다.
상기 밀폐 요소는 본체(3) 내부로 밀려 들어갈 수 있는(pressed into) 모자(hat) 형태의 스프레딩 요소(8)를 추가로 포함하며, 상기 스프레딩 요소(8)의 외측 표면(9)의 형태는 원통형이만, 거의 원뿔 형태로 구성되고, 바람직하게는, 개구(opening)에 있는 바닥에서 상대적으로 큰 직경을 가진 형태로 제공된다.
바람직하게는, 스프레딩 요소(8)는 사전-조립(pre-assembly)된 상태로 미리 본체(3) 내로 밀려 들어가서 상기 스프레딩 요소와 본체는 서로 끼워맞춤된다. 도 1에서 볼 수 있듯이, 본체(3)는 지지 플랜지(4)가 구성요소(2)와 접촉한 상태가 될 때까지 실질적으로 유격(play) 없이 홀(1) 내에 삽입된다. 이에 따라 본체의 장착 깊이(installating depth)가 결정된다(result). 스프레딩 요소(8)가 본체(3) 내에 삽입된 후에, 본체(3)에는 스프레딩 요소가 용이하게 삽입될 수 있도록 하는 원통형의 내측 레지(ledge)(11)가 유입부 측(input side)에 제공된다. 그 뒤, 스프레딩 요소(8)는, 도 4에서 볼 수 있듯이, 하측면(12)이 밀폐 바닥(5)의 링 표면(6) 위에 위치되거나 혹은 상기 밀폐 바닥으로부터 단지 약간만 오프셋배열(offset)될 때까지, 프레스(press), 해머(hammer) 또는 프레셔 건(pressure gun)의 도움으로 본체(3) 내로 밀린다(pushed). 상기 장착 위치에서, 스프레딩 요소(8)의 상측면은 본체의 지지 플랜지(4)와 평평하게 배열된다(flush with). 스프레딩 요소의 장착 깊이를 구현하기 위하여, 상기 스프레딩 요소에는 지지 플랜지가 제공될 수 있다. 게다가, 도 2에 도시된 것과 같이, 스프레딩 요소(8) 내에 외측 레지(10)가 제공될 수도 있다.
스프레딩 요소(8)가 본체 내로 밀려 들어갈 때, 본체는 스프레딩 요소(8)에 의해 넓어지며(widened) 밀폐되어야 하는 홀의 벽에 대해 반경 방향으로 압축된다(pressed). 이런 방식으로, 본체(3)는 구성요소의 벽에 견고하게 고정되며 공정 동안 형성되는(prevailing) 내부 압력이 본체를 홀로부터 분리시키지(detaching) 않고도 상기 내부 압력을 견뎌낼 수 있다. 또한, 본체(3)가 넓어지는 스프레딩 요소(8)의 유입부 측의 외측 레지(10)도 내부 압력을 견뎌낼 수 있게 한다. 본체가 더욱 견고하게 고정하게 하기 위하여, 외측 및/또는 내측 표면에는 주변방향 홈(circumferential groove)들이 제공되는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 스프레딩 요소(8) 내에는 환기 홀(19)이 제공되는데, 상기 환기 홀은 본체의 밀폐 바닥(5)과 스프레딩 요소 사이의 공간에 과잉 압력이 축적되는 것을 방지할 수 있다. 적절한 공정 상태의 많은 경우에서는, 불필요하다.
본체(3)와 스프레딩 요소(8)는 딥-드로잉 공법(deep drawing method) 또는 기계가공(machining)에 의해 제작된 몰딩 부분(moulded part)들로서 제조된다. 특히, 도 6에서 볼 수 있듯이, 본체(3)의 벽 두께는 스프레딩 요소(8)보다 더 얇은 수치(dimension)를 가진다. 두 벽의 두께들은 모두, 장착 상태에 있는 스프레딩 요소(8)가 실질적으로 변형되지 않은 상태로 유지되며 본체(3)는 스프레딩 요소(8)의 영향으로 인해 분리되도록, 배열된다(allocated).
도 6에서 볼 수 있듯이, 공정 동안 본체(3)의 밀폐 바닥(5)은 축방향 힘(axial force)에 의해 스프레딩 요소(8)의 환형 외측 에지(13) 또는 내측 에지(13')에서 굽어진다. 상기와 같이 굽어지기 전에, 밀폐 바닥(5)의 링 표면(6)으로부터 떨어져 하측면(12)이 제공되는 것이 바람직하다. 링 표면(6)의 폭은, 밀폐 바닥(5)이 스프레딩 요소(8)의 외측 에지(13) 또는 내측 에지(13')에서 축방향 힘에 의해 굽어지고 반경방향으로 넓어지도록 형성될 수 있다.
이 변형 정도(deformation extent)는 거리(t1 및 t2) 사이의 차이에 상응한다. 따라서, 본체가 추가로 넓어지고 이에 따라 상기 구성요소에 마개가 견고하게 고정된다.
하지만, 본체(3)의 하측면(12)의 외측 에지(13) 대신에 또는 상기 외측 에지 외에도, 내측 에지(13')에서 굽어질 수 있다. 원칙적으로는, 하측면(12)은 오직 하나의 환형 에지(annular edge)만 존재하도록 거의 한 지점에서 형성될 수 있다.
홀(1)로부터 마개를 분리시키기 위하여, 호환가능한 종래의 마개보다 실질적으로 더 높은 가압 압력(press-out pressure)이 요구된다. 본 발명에 따른 마개로 인해, 마개를 분리하는데 필요한 가압힘(press-out force)이 자체적으로 강화된다(self-reinforcement). 하지만, 이를 위해 상당히 큰 초기 고정력(initial anchoring)이 사전에 요구된다.
본체(3)를 홀(1) 내에 용이하게 분포(facilitate spreading)시키기 위하여, 본 발명의 범위 내에서, 본체의 원통형의 측벽 내에 세로방향으로 연장되는(longitudinally extending) 리세스, 슬롯 또는 윈도(window)가 제공될 수 있다. 좀더 잘 고정하기 위해, 본체의 내측 또는 외측벽에는 마찰-증가 코팅(friction-increasing coating)이 제공될 수 있다.
본체와 스프레딩 요소는 코팅이 제공되거나 혹은 코팅이 제공되지 않은 금속, 예컨대, 스테인리스 스틸 또는 알루미늄으로 제조되는 것이 바람직하다. 하지만, 이들은 예를 들어 플라스틱, 특히 유리 섬유-강화 플라스틱으로 제조될 수도 있다. 이론적으로, 상기 본체와 스프레딩 요소는 중공의(hollow) 원통형 횡단면 형태로부터 벗어난 형태를 가질 수 있는데, 가령, 예컨대, 거의 정사각형, 직사각형 또는 이와 비슷한 형태를 가질 수 있다.
모자 형태와 비슷하게 형성된 스프레딩 요소(8)에는, 반경 방향으로는 좀더 가요성을 지닐 수 있도록(flexible), 원통형 부분 위에서 세로방향 슬롯(longitudinal slot)이 제공될 수 있다.
원칙적으로, 상기 요소는 고정 요소(holding element) 형태로 구성될 수 있으며, 본체(3)의 밀폐 바닥(5)에 작용하는 축방향 힘(axial force)은, 도 7에서 점선으로 표시된 것과 같이, 결합 축(associated axis) 또는 그와 유사한 것에 의해 생성될 수 있으며, 환기 홀(19)을 통해 연장되고 밀폐 바닥(5)에 고정된 상기 축에 의해 생성될 수 있다. 따라서, 상기 축(21)은 상기 축 부분 위에서 축에 고정된 물체(object)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 홀은 천장(ceiling)에 배열될 수 있으며, 상기 축은 하부 방향으로 돌출될 수 있고 램프(lamp) 또는 이와 유사한 것은 고정될 수 있다.
본체의 밀폐 바닥은 구성요소의 내부에 대해 굽어지거나 혹은 형태가 평평할(level) 수 있다.

Claims (12)

  1. 내부 압력을 받는 구성요소의 홀을 밀폐하기 위한 밀폐 요소로서,
    상기 밀폐 요소는 유격 없이 홀 내에 삽입될 수 있는 본체(3), 및 상기 본체(3) 내에 밀려 들어갈 수 있는 스프레딩 요소(8)를 포함하며, 상기 스프레딩 요소는 장착된 상태에서 본체(3)의 내측벽에 반경방향 압력을 제공하고, 본체(3)에는 밀폐 바닥(5)이 제공되고, 장착된 상태에서 본체(3)의 측벽은 밀폐 바닥(5)에 가해지는 축방향 힘에 의해 홀의 벽에 대해 반경 방향으로 압축되고, 스프레딩 요소(8)는 외측 에지(13) 및 내측 에지(13')를 갖는 하측면(12)을 포함하고, 설치된 상태에서 밀폐 바닥(5)은 축방향 힘에 의해 외측 에지(13) 또는 내측 에지(13')에서 굽어지며 하측면(12)이 밀폐 바닥(5)으로부터 떨어져 제공되는 밀폐 요소.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 본체(3)의 밀폐 바닥(5)은 방사형 링 표면(6) 및 상기 링 표면(6)에 연결된 원뿔형태로 구성된 원뿔 표면(7)을 가지며, 밀폐 바닥(5)이 스프레딩 요소(8)의 외측 에지(13) 또는 내측 에지(13')에서 축방향 힘에 의해 굽어지도록 링 표면(6)의 폭이 형성되는 것을 특징으로 하는 요소.
  4. 제1항에 있어서, 모자(hat) 형태의 스프레딩 요소(8)와 내부 방향으로 굽어진 밀폐 바닥(5)을 갖는 중공의 원통형 본체(3)는 딥-드로잉 공법에 의해 제작된 시트(sheet) 금속 부분으로서 제조되는 것을 특징으로 하는 요소.
  5. 제1항에 있어서, 본체(3)에는 외부 방향으로 돌출되는 지지 플랜지(4)가 제공되는 것을 특징으로 하는 요소.
  6. 제1항에 있어서, 스프레딩 요소(8)가 용이하게 삽입될 수 있도록 하기 위하여, 본체(3)에는 원통형의 내측 레지(ledge, 11)가 유입부 측(input side)에 제공되는 것을 특징으로 하는 요소.
  7. 제1항에 있어서, 본체(3)의 외측 또는 내측 표면에는 복수의 주변방향 홈이 제공되는 것을 특징으로 하는 요소.
  8. 제1항에 있어서, 본체(3)의 외측 또는 내측 표면에는 마찰-증가 코팅(friction-increasing coating)이 제공되는 것을 특징으로 하는 요소.
  9. 제1항에 있어서, 본체(3)가 넓어지도록 하기 위하여, 스프레딩 요소(8)에는 외측 레지(10)가 유입부 측에 제공되는 것을 특징으로 하는 요소.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 본체(3) 또는 스프레딩 요소(8)는 코팅이 제공되거나 혹은 코팅이 제공되지 않은 스테인리스 스틸 또는 알루미늄으로 제조되는 것을 특징으로 하는 요소.
  12. 제1항에 있어서, 본체(3) 또는 스프레딩 요소(8)는 유리 섬유-강화 플라스틱으로 제조되는 것을 특징으로 하는 요소.
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