KR101947368B1 - 자기 액추에이터용 부품 및 상기 부품의 제조 방법 - Google Patents

자기 액추에이터용 부품 및 상기 부품의 제조 방법 Download PDF

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랄프 엥엘베르크
요헨 라거
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 내극(3), 자기 슬리브(4) 및 비자기 분리 슬리브(5)를 포함하는, 특히 연료를 분사하기 위한 자기 액추에이터용 일체형 부품에 관한 것이며, 내극(3), 자기 슬리브(4) 및 비자기 분리 슬리브(5)는 일체형 부품에 통합된다. 또한, 본 발명은 2-성분 분말 사출 성형 방법에 의한 자기 액추에이터용 일체형 부품(1)의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

자기 액추에이터용 부품 및 상기 부품의 제조 방법{COMPONENT FOR A MAGNETIC ACTUATOR, AND METHOD FOR PRODUCING IT}
본 발명은 감소된 부품 개수를 갖는 자기 액추에이터, 특히 자기 밸브용 일체형 부품, 특히 밸브 부품, 및 부품의 간단하고 경제적인 제조를 위한 방법에 관한 것이다.
자기 밸브들은 선행기술의 다양한 실시예에 공개되어 있다. 최근의 분사 장치에는 대개 전자기 밸브들이 사용되고, 특히 짧은 스위칭 시간과 재현 가능한 개방 및 폐쇄 거동을 가능하게 하기 위해, 상기 밸브들은 가능한 효율적인 자기 회로를 포함해야 한다.
DE 10 2009 046 466 A1호에는 밸브 시트 캐리어를 구비한 분사 밸브가 공개되어 있고, 상기 밸브 캐리어는 일체형 부품으로서 제조되고, 자성 또는 비자성 재료로 이루어진 제 1 및 제 2 영역을 포함한다. 상기 밸브 시트 캐리어는 예를 들어 MIM-방법(Metal-Injection-Molding)에 의해 제조될 수 있다. 이 경우 2개의 영역에 각각의 금속 재료가 사용된다. 그러나, 제조 비용을 더 감소시킬 수 있는 분사 밸브 또는 상기 분사 밸브의 제조 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 과제는 제조 비용이 현저히 감소할 수 있는 자기 액추에이터용 부품 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항의 특징을 포함하는 부품 및 제조 방법에 의해 달성된다.
청구항 제 1 항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 일체형 부품은, 제조 비용이 더 현저히 감소할 수 있는 효율적인 자기 회로를 가진 자기 액추에이터가 제공될 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 부품에 의해 부품 개수는 더욱 감소한다. 본 발명에 따라 효율적인 자기 회로에 의해, 자기 액추에이터의 짧은 스위칭 시간과 재현 가능한 개방 거동 및 폐쇄 거동이 구현될 수 있다. 이는 본 발명에 따라, 일체형 부품이 내극을 가진 적어도 하나의 전자기 액추에이터, 자기 슬리브 및 비자기 분리 슬리브를 포함함으로써 달성된다. 이 경우 내극, 자기 슬리브 및 분리 슬리브는 일체형 부품으로 통합된다. 이로써 부분들, 즉 내극, 자기 슬리브 및 분리 슬리브 사이에 재료 결합 방식의 결합이 이루어진다. 이로 인해 특히 자기 액추에이터의 조립 시간도 더욱 감소할 수 있다. 비자기 분리 슬리브는 외부에 대한 유체 밀봉 외에 와류의 최소화도 보장한다. 특히 분리 슬리브 외부면에 배치된 권선은 일반적으로 부품들을 매우 심하게 부식시키는 연료로부터 유리되어 지지될 수 있다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 개선예들을 제시한다.
또한 바람직하게 일체형 부품은 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 추가로 일체형 부품에 통합된다. 이로 인해 부품 개수는 더 감소할 수 있고, 더 저렴한 제조가 이루어질 수 있다.
특히 바람직하게 내극은 다수의 세그먼트로 분할되고, 내극의 개별 세그먼트들은 전기적으로 비전도성인 재료로 이루어진 분리 슬리브에 배치된 분할 영역들에 의해 형성된다. 이 경우 특히 와류의 바람직하지 않은 형성은 더 감소될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 하우징은 일체형 부품의 연결을 위한 축방향으로 돌출한 연결 플랜지를 포함한다. 이로 인해 일체형 부품은 간단하고 확실하게 다른 부품들, 예컨대 분사 밸브의 다른 부품들에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 내극은 방사방향 외측을 향한 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 전기적으로 비전도성인 분할 영역들을 포함한다. 이로 인해 와류의 추가 감소가 달성될 수 있다.
더 바람직하게 비자기 분리 슬리브는 외주에 권선을 수용하기 위한 프로파일링을 포함한다. 이로 인해 분리 슬리브는 권선 고정의 추가 기능을 갖는다. 프로파일링은 예를 들어 홈 및/또는 돌출부의 제공에 의해 형성될 수 있다. 이로써 일체형 부품에 또한 코일 권선을 위한 권선 캐리어도 통합될 수 있다.
바람직하게, 분리 슬리브는 제 1 단부에 방사방향 외측을 향한 제 1 벽 영역을 갖고, 제 2 단부에 방사방향 외측을 향한 제 2 벽 영역을 갖는다. 이로 인해 2개의 벽 영역들 사이에 권선을 위한 수용 챔버가 형성되므로, 권선은 신속하고 간단하게 벽 영역들 사이의 분리 슬리브 상에 와인딩될 수 있다. 경우에 따라서 바람직하게 커버링을 위해 바람직하게 슬롯 가공된 슬리브가 권선 위로 이동될 수 있다.
본 발명의 대안 실시예에 따라 분리 슬리브의 2개의 벽 영역 사이에 일체형 부품의 내극이 배치된다. 이로 인해 내극이 특히 보호되는 구성이 달성될 수 있다. 특히 내극의 자성 재료가 부식성 매체, 예컨대 연료로부터 보호된다. 따라서 자성 재료로서 예를 들어 순수 철이 사용될 수 있다. 또한, 분리 슬리브의 축 방향 외부면은 예를 들어 자기 밸브의 아마추어의 접촉을 위한 스토퍼 면으로서 이용될 수 있다.
또한, 본 발명은 자기 밸브, 특히 분사 밸브 및 특히 자기 밸브용 일체형 부품의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 일체형 부품은 2-성분 분말 사출 성형 방법에 의해 제조된다. 재료 선택에 따라 제 1 MIM(Metal Injection Molding)-단계는 분리 슬리브의 제조를 위한 비자성 재료의 사출 성형을 위해 실시되고, 제 2 MIM-단계는 다른 부분, 즉, 내극, 자기 슬리브의 사출 성형을 위해 실시된다. 대안으로서 분리 슬리브의 제조를 위한 세라믹 재료의 사출 성형의 CIM-단계(Ceramic Injection Molding)가 실시될 수 있고, 일체형 부품의 다른 부분들의 제조를 위한 MIM-단계가 실시될 수 있다. 2-성분 분말 사출 성형 방법은 코어 및/또는 슬라이드 또는 이와 같은 것을 이용하여 하나의 단계에서 또는 여러 단계에서 실시될 수 있다. 사출 성형 단계 후에 화학적 및/또는 열적 결합 제거 및 소결 단계가 실시될 수 있다. 이로써 본 발명에 따라 예컨대 오스테나이트계 강 또는 세라믹과 같은 비자성 재료와 예컨대 순수 철과 같은 자성 및/또는 자화될 수 있는 재료를 포함하는 일체형 부품이 하나의 일체형 밸브 부품에 함께 제공될 수 있는 매우 간단하고 저렴하게 실시될 수 있는 방법이 제공된다. 이 경우 상이한 재료들 사이에 각각 재료 결합 방식의 결합이 형성되므로, 일체형 부품에서 밀봉 문제가 발생하지 않는다. 이로 인해 특히 부식성 매체, 예컨대 연료에 대한 밀봉이 간단하고 저렴한 수단에 의해 보장될 수 있다. 또한, 바람직하게 부품이 비교적 높은 온도를 갖는 소결 단계 후에, 자성 재료의 소정의 자기 특성이 얻어지도록 규정된 냉각 단계가 실시된다. 특히 기본적인 소결 및 냉각 방법에 규정된 냉각이 통합됨으로써 규정된 냉각 전에 선행기술에서 지금까지 필요로 하는 자성 재료의 자기장 최종 열처리(magnetic final annealing)가 생략될 수 있다. 이로써 추가 작업 단계가 절감될 수 있다.
본 발명에 따른 부품은 특히 차량에서 연료 분사 시 분사 밸브로서 사용된다.
하기에서, 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 분사 밸브용 일체형 부품의 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의제 2 실시예에 따른 자기 액추에이터용 일체형 부품의 개략적인 단면도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 분사 밸브용 일체형 부품의 개략적인 단면도.
도 4는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 분사 밸브용 일체형 부품의 개략적인 단면도.
도 5는 장착된 권선을 포함하는 도 4의 일체형 부품의 개략적인 단면도.
도 6은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 분사 밸브용 일체형 부품의 개략적인 단면도.
도 7은 선 V-V을 따른 도 6의 일체형 부품의 개략적인 단면도.
도 8은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 분사 밸브용 일체형 부품의 개략적인 단면도.
도 9는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 분사 밸브용 일체형 부품의 개략적인 단면도.
하기에서 도 1을 참고로 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 일체형 밸브 부품(1)으로서 제공된 일체형 부품이 상세히 설명된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일체형 밸브 부품(1)은 금속 재료로 제조된 밸브 하우징(2) 및 자화 가능한 재료로 제조된 실린더형 내극(3)을 포함한다. 또한, 일체형 부품(1)은 자기 전도성 재료로 이루어진 실린더형 자기 슬리브(4)와 비자성 재료, 예컨대 오스테나이트계 재료 또는 세라믹으로 이루어진 실린더형 분리 슬리브(5)를 포함한다. X-X는 일체형 밸브 부품(1)의 액시얼 축선(axial axis)이라고 하고, 상기 축선의 방향으로 도시되지 않은 니들의 니들 행정이 구현된다.
또한, 분리 슬리브(5)와 밸브 하우징(2) 사이에 권선(도시되지 않음)을 수용하기 위한 수용 챔버(6)가 제공된다. 도면부호 20은 연결 플랜지를 도시한다.
이로써 본 발명에 따른 일체형 밸브 부품(1)에 비자기 분리 슬리브(5)가 통합되고, 이 경우 밸브 하우징(2), 내극(3), 자기 슬리브(4) 및 분리 슬리브(5)를 포함하는 전술한 부분 영역들 사이에서 각각 재료 결합 방식의 결합이 이루어진다. 일체형 밸브 부품은 2-성분 분말 사출 성형 방법에 의해 제조된다. 비자기 분리 슬리브(5)가 통합됨으로써 분리 슬리브 내의 자기 손실이 방지될 수 있다. 자력선은 아마추어와 내극 사이로 연장되고, 분리 슬리브를 지나 연장되지 않는다. 이로 인해 자기 밸브를 위한 효율적이고 매우 저렴하게 제조될 수 있는 자기 회로가 제공될 수 있다. 일체형 밸브 부품(1)에 비자기 분리 슬리브(5)가 통합됨으로써, 일체형 밸브 부품(1) 내로 자기 분리 기능도 통합된다. 자기 효율을 최적화하기 위해, 내극(3)의 자성 재료는 바람직하게 가능한 높은 포화 유도로 구현된다. 또한, 일체형 밸브 부품은 개별 부분들 사이의 연료 밀봉 방식 및 고압 밀봉 방식 결합을 제공하고, 이 경우 예를 들어 용접 등과 같은 복합한 결합 기술은 필요 없다. 밀봉 결합은 2-성분 분말 사출 성형 방법에 의해 달성된다.
도 2 내지 도 8은 본 발명의 대안 실시예들을 도시하고, 각각 제 1 실시예에서와 동일한 또는 기능적으로 동일한 부분들은 제 1 실시예에서와 동일한 도면부호로 표시된다.
도 2는 일체형 부품(1)의 제 2 실시예를 도시하고, 이 실시예에서 일체형 부품은 하우징을 포함하지 않는다. 이로써 일체형 부품은 자기 전도성 재료로 이루어진 실린더형 자기 슬리브(4), 실린더형 비자기 분리 슬리브(5) 및 실린더형 내극(3) 만을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이 분리 슬리브(5)는 내극(3)의 정면 단부에 배치되므로, 일체형 부품(1)은 일정한 외경을 갖는다.
도 3은, 내극(3)이 외측을 향한 방사방향 플랜지(30)를 포함하고 상기 플랜지는 내극(3)의 실린더형 메인 바디로부터 방사방향 외측으로 돌출하는, 제 3 실시예를 도시한다. 상기 방사방향 플랜지(30)는 경우에 따라서 개별 세그먼트들 사이에 전기적으로 비전도성인 부분 영역들이 제공됨으로써 세그먼트들로 분할될 수 있다. 일체형 부품(1)의 이러한 실시예는 발생하는 와류의 추가 개선, 즉 감소를 제공한다. 밸브 하우징은 이 실시예에서 2개의 실린더형 부분 영역들(2, 20)을 포함한다.
도 4 및 도 5는 비자기 분리 슬리브(5)가 실린더형 베이스 영역을 갖고, 제 1 축 방향 단부에는 방사방향 외측을 향한 제 1 벽 영역(51)을 갖는 제 4 실시예를 도시한다. 또한, 분리 슬리브(5)는 제 2 축방향 단부에 방사방향 외측을 향한 제 2 벽 영역(52)을 갖는다. 이로써 2개의 벽 영역(51, 52) 사이에 축 방향(X-X)으로 권선(7)을 수용하기 위한 수용 챔버(6)가 제공된다(도 4 및 도 5 참조). 벽 영역들(51, 52) 사이의 분리 슬리브(5)의 외주에 권선(7)이 와인딩 된 후에, 권선(7)을 커버하는 커버 슬리브(8)가 위로 이동된다. 밸브 하우징(2)의 한 부분은 내극(3)과 일체형으로 형성되고, 밸브 하우징의 다른 부분은 별도의 커버 슬리브(8)에 의해 제공된다. 실린더형 내극은 분리 슬리브(5)의 내에 방사방향으로 배치된다.
도 6 및 도 7에 도시된 제 5 실시예는 실질적으로 제 4 실시예에 상응하고, 추가로 실린더형 내극(3)에도 다수의 분할 영역들(53, 54)이 제공되고, 상기 영역들은 전기적으로 비전도성인 재료로 제조된다. 분할 영역들(53, 54)은 축방향 X-X으로 연장된 벽 영역으로서 제공되고, 상기 벽 영역들은 분리 슬리브(5)의 내주에 일체형으로 방사방향 내측으로 연장되어 형성된다. 이로 인해 내극(3)은 다수의 세그먼트들(3a, 3b, 3c)로 분할되고, 이로써 작동 시 와류 발생이 최소화될 수 있다. 이로 인해 더 효율적인 자기 회로가 얻어진다.
도 8은 일체형 부품(1)의 제 6 실시예를 도시하고, 이 실시예에서 비자성 재료로 제조된 분리 슬리브(5)는 방사방향 외측으로 향한 제 1 벽 영역(57)과 제 2 벽 영역(58)을 포함한다. 그러나, 제 6 실시예에서 내극(3)은 2개의 벽 영역들(57, 58) 사이에 축 방향으로 형성된 챔버 내에 수용되어 베이스 영역(50)의 방사방향 외부에 배치된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 내극(3)은 분리 슬리브(5)의 3개의 측면으로 둘러싸인다. 내극(3)의 방사방향 외부 면과 밸브 하우징(2) 사이에 도시되지 않은 권선을 수용하기 위한 수용 챔버(6)가 제공된다. 이로써 분리 슬리브(5)는 자기 분리의 기능 외에도 내극(3)을 위해 부식성 매체, 예컨대 연료에 대한 보호를 제공한다. 이로 인해 내극(3)을 위한 자성 재료는 최대 포화 유도로 구현된다. 분리 슬리브(5)의 재료 선택에 따라서 추가로 밸브 니들을 위한 스토퍼 면(56) 및 밸브 니들에 결합되는 부품이 제공될 수 있다. 이로써 특히 밸브 니들의 접촉을 위한 별도의 부품은 생략될 수 있다. 일체형 부품(1)의 이러한 실시예에 의해 분사 밸브의 특히 콤팩트한 구성이 구현될 수 있다.
도 9는 외주에 프로파일링(55)이 형성된 비자성 재료로 이루어진 분리 슬리브(5)를 포함하는 본 발명의 제 7 실시예를 도시한다. 프로파일링(55)은 권선(도시되지 않음)을 수용하기 위해, 환형으로 연장된 다수의 홈 및 돌출부를 포함한다. 이로써 비자기 분리 슬리브(5)에 권선 캐리어가 통합되고, 따라서 분사 밸브를 위한 부품 개수는 권선 캐리어의 통합에 의해 더 감소할 수 있다. 이와 같이 통합되는 권선 캐리어는 제 6 실시예를 제외한 전술한 다른 실시예에도 제공될 수 있다.
전술한 모든 실시예들과 관련해서, 상기 실시예들은 일체형 내극(3) 또는 다수의 세그먼트로 분할된 내극(3)으로 구현될 수 있다.
또한, 전술한 모든 실시예들은 다른 기술 분야에서 자기 밸브 대신 자기 액추에이터로서 사용될 수 있다.
1 일체형 부품
2 하우징
3 내극
4 자기 슬리브
5 분리 슬리브
20 연결 플랜지
53, 54 분할 영역
55 프로파일링

Claims (12)

  1. 자기 액추에이터용 일체형 부품으로서,
    - 내극(3),
    - 자기 슬리브(4) 및
    - 비자기 분리 슬리브(5)를 포함하고,
    - 상기 내극(3), 상기 자기 슬리브(4) 및 상기 분리 슬리브(5)는 상기 일체형 부품에 통합되며,
    상기 분리 슬리브(5)는 제 1 축 방향 단부에 방사방향 외측을 향한 제 1 벽 영역(51)을 갖고, 제 2 축 방향 단부에 방사방향 외측을 향한 제 2 벽 영역(52)을 갖는 것을 특징으로 하는 일체형 부품.
  2. 제 1 항에 있어서, 권선(7)을 더 포함하고, 상기 권선은 상기 제 1 및 제 2 벽 영역들(51, 52) 사이에 형성된 수용 챔버(6) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 일체형 부품.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 내극(3)은 상기 제 1 벽 영역(57)과 상기 제 2 벽 영역(58) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 일체형 부품.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 분리 슬리브(5)의 상기 벽 영역들(57, 58) 중 하나의 벽 영역은 밸브 니들을 위한 스토퍼(56) 또는 상기 밸브 니들에 연결되는 부품을 형성하는 것을 특징으로 하는 일체형 부품.
  5. 자기 액추에이터용 일체형 부품으로서,
    - 내극(3),
    - 자기 슬리브(4) 및
    - 비자기 분리 슬리브(5)를 포함하고,
    - 상기 내극(3), 상기 자기 슬리브(4) 및 상기 분리 슬리브(5)는 상기 일체형 부품에 통합되며,
    상기 내극(3)은 분할되고, 상기 내극(3)의 개별 세그먼트들(3a, 3b, 3c)은 분할 영역들(53, 54)에 의해 서로 분리되고, 상기 분할 영역들은 상기 분리 슬리브(5)에 배치되는 것을 특징으로 하는 일체형 부품.
  6. 자기 액추에이터용 일체형 부품으로서,
    - 내극(3),
    - 자기 슬리브(4) 및
    - 비자기 분리 슬리브(5)를 포함하고,
    - 상기 내극(3), 상기 자기 슬리브(4) 및 상기 분리 슬리브(5)는 상기 일체형 부품에 통합되며,
    - 상기 일체형 부품은 상기 일체형 부품에 추가로 통합되는 하우징(2)을 더 포함하고,
    상기 하우징(2)은 상기 일체형 부품의 연결을 위한 연결 플랜지(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 부품.
  7. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서, 하우징(2)을 더 포함하고, 상기 하우징은 추가로 일체형 부품에 통합되는 것을 특징으로 하는 일체형 부품.
  8. 제 1 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내극(3)은 방사방향 외측을 향한 방사방향 플랜지(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 부품.
  9. 제 1 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 슬리브(5)는 프로파일링(55)을 포함하고, 상기 프로파일링은 권선을 수용하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 일체형 부품.
  10. 자기 액추에이터를 구비한 자기 밸브로서, 제 1 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 부품을 포함하는, 자기 밸브.
  11. 삭제
  12. 삭제
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